摘 要

伴随着管道工业的发展，管道泄漏的问题也日渐严重。为了解决家用水管发生泄漏无法及时知晓并找到泄漏位置的问题，本文提出了一种基于C8051F040低功耗单片机、利用定位式感应线缆做为传感器的低成本漏水检测定位系统。系统包括漏水检测、漏点位置查找、漏水报警的功能，用户可根据自身的需求随意地安装感应线缆，当发生漏水时系统能及时发出警报并找到漏点位置。

系统采用模块化设计的方法，主要包括硬件模块设计和软件模块设计两个部分。硬件部分主要包含漏水检测、数据处理和串口传输3个模块，硬件部分的原理图在AD软件上进行绘制。软件部分大致分成底层驱动和上位机两个模块，底层驱动使用C语言在KEIL软件上进行编写与调试，上位机使用VB可视化编辑语言进行设计。系统的硬件电路集成到一块PCB板上进行设计，通过串口连接PC从而达到实现整个系统的目的。

此外本文还使用上位机设计了系统的模拟仿真，通过对系统进行仿真得出了系统确实具备相应的漏水检测、漏点查找和漏水报警的功能，达到了本次设计的要求。

关键词：C8051F040； 感应线缆；串口；底层驱动；上位机

Abstract

With the development of pipeline industry, the problem of pipeline leakage is becoming more and more serious. In order to solve the problem that the leakage of domestic water pipe can not be found in time, this paper proposes a low-cost water leakage detection and location system based on C8051F040 low-power single-chip microcomputer and using positioning sensor cable as sensor. The system includes the functions of water leakage detection, leakage point location search and water leakage alarm. Users can install sensing cables at will according to their own needs. When water leakage occurs, the system can give an alarm in time and find the leakage point location.

The system adopts the method of modular design, including hardware module design and software module design. The hardware part mainly includes three modules: leakage detection, data processing and serial port transmission. The schematic diagram of the hardware part is drawn on the ad software. The software is divided into two modules: the bottom driver and the upper computer. The bottom driver uses C language to write and debug keil software, and the upper computer uses VB visual editing language to design. The hardware circuit of the system is integrated into a PCB for design, and the PC is connected through the serial port to achieve the purpose of the whole system.

In addition, this paper also uses the upper computer to design the simulation of the system. Through the simulation of the system, it is concluded that the system does have the corresponding functions of leakage detection, leakage point search and leakage alarm, which meets the requirements of this design.

Keywords:C8051F040; Induction cable; Serial port; Bottom drive; Upper computer

目 录

第一章 绪论 1

1.1课题的研究背景及意义 1

1.2漏水检测技术的研究现状 1

1.3论文的主要工作及结构 2

第二章 系统模块设计与方案选择 3

2.1系统模块设计 3

2.2系统方案论证 3

第三章 系统硬件模块设计 5

3.1 系统的总体设计 5

3.2 漏水检测模块 5

3.3 单片机及其端口模块 7

3.3.1 C8051f040 7

3.3.2 外部晶振 9

3.3.3ADC端口和电压基准 10

3.3.4JTAG调试口 10

3.4 电源模块 11

3.5 复位电路模块 12

3.6 报警与电源指示灯模块 13

3.7 串口交互与拨码地址设置模块 14

第四章 系统软件模块设计 16

4.1 底层驱动 16

4.1.1 主程序设计 16

4.1.2初始化设计 16

4.1.3 数据采集与分析计算 18

4.1.4 SMBUS中断服务 18

4.1.5 CRC校验及UART0串口传输 19

4.2 上位机 21

第五章 系统实现与模拟仿真 23

5.1系统实现 23

5.2模拟仿真 23

第六章 总结 25

参考文献 26

附录A 28

附录B 30

附录C 32

附录D 34

附录E 36

附录F 38

附录G 42

附录H 43

致谢 44

第一章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

近年来，随着国家经济的高速发展，各种管道工程应运而生。大的方面像西气东输工程^[1]，有着我国距离最长、口径最大的输气管道，投资金额巨大，管道输送距离遥远。小的方面像是家庭的给水管道，厨房、厕所等都是管道密集和不可或缺的地方。各式各样的管道给人们生活带来便利的同时也为人们带来了各种各样的问题，比如管道布局、老化、泄漏等问题。而这之中最为严重的当属管道泄漏，天然气、原油的泄漏造成巨大经济损失的同时还对泄漏处的环境造成了严重的破坏。家庭中管道的泄漏会造成空间潮湿，导致各种细菌、真菌的繁殖，影响了家人的身体健康。同时泄漏的水源还会渗透进各种电器设备和输电线路中，从而引发触电等危险情况的发生。

而且管道泄漏也会导致水资源的浪费，我国作为联合国列表上的13个贫水国家之一，水资源是非常宝贵和不可或缺的，在这样的背景下由于管道泄漏而导致的水资源浪费就显得格外让人心疼，因此提高管道漏水检测能力，减少自来水的流失也是节约水资源的一个重大措施。

1.2漏水检测技术的研究现状

解决管道泄漏问题也是困扰国内外大多数机构和公司的一个难题，目前提出的用于解决管道泄漏问题的方法也是多种多样。传统的检测方法比如人工检测法，即通过人的眼睛和耳朵去进行泄漏点的探测和定位，显然这种方法是最简单的同时也是局限性最大的,它十分依赖维修工人的经验而且很多微小的地方也无法侦查。现代化的的检测方式主要分为两种一种是外部检测法一种是内部检测法。外部检测法有光纤法、生物传感法、电容法、光学相机法、声波法等；内部检测法有神经网路法、统计泄漏法、系统辨识法、负压波法等。