🔟 👨🏻‍🔬 💕 洗衣机的泄漏保护系统 👩🏽‍💼 🤙🏿 👨‍🏭

引言

我认为每个房子都有洗衣机。通常，它通过软管连接到供水系统。但是用软管可能会造成很大的麻烦：有时它们会破裂，这将导致您的公寓和邻居中的洪水。因此，洗衣机通过特殊的水龙头连接到供水系统，该水龙头必须在洗涤前打开，然后再关闭。我不认识你，但是我把这台起重机放在一个非常不方便的地方。是的，我更喜欢在下班前开始洗衣服，这样，一天中的大部分时间软管都会承受压力，并且有时在我不在家时会破裂。如果起重机在正确的时间自动关闭，那就太好了！

在我看来，这个想法很强大，因此我决定将其实现：在微控制器上并通过电动阀实现。

首先，我制定了开发系统的要求：

监视洗衣机的状态：开始时打开水，结束时关闭水；
手动控制阀门的能力；
电池操作并在电池放电时关闭阀门；
存在泄漏传感器：如果检测到泄漏，则关闭阀门。

然后，他弄清楚了它的组成部分：安装在洗衣机中的监视器和一个控制器，该控制器从监视器接收信号并控制电动阀。监视器和控制器之间的通信是通过单向无线电信道进行的。

看来这足以完成技术任务。让我们开始吧！

MCU选择

由于整个系统由两个设备组成，因此应该有两个微控制器。我仔细检查了一下，发现了两个Atmega8：一个在DIP软件包中，另一个在TQFP中。 DIP中的一个-进入监视器，TQFP-进入控制器。后来发现，杂草丛生的控制器固件不再适合8KB Atmega8，因此我不得不升级到Atmega328（完整的模拟产品），但是现在程序的内存增加了四倍。
顺便说一句，我从事此类项目的动机之一是处置电子垃圾，这是我多年来积累的。没错，在项目结束时，垃圾不会变小。它变得更大！

第一部分监控器

与洗衣机的互动

第一个问题：如何确定洗衣机现在在做什么？在项目开始时，这部分任务对我来说很简单。所有要做的就是确定清洗开始和结束的时间。机器的前面板上有一个LED，该LED会在需要时点亮并熄灭。我希望通过微控制器的脚将GPIO焊接到其上，因此在调试期间，我只是使用按钮在监视器上模拟了必要的事件。我按下按钮-LED亮起，开始洗涤。放手-相反。但是，在解析完洗衣机之后，事实证明该LED是动态显示的一部分，而且，确定它是打开还是关闭并不是那么容易。

转动控制面板（几天），我发现它是在PIC控制器上实现的。此外，它通过响应硬件I2C的支脚连接到主板。是的，我想，您可以嗅探I2C总线，从而确定现在要做什么洗衣机。我在互联网上找到了Atmega的I2C嗅探器代码。当然，我必须玩一些东西。

坦率地说：我无法完全弄清协议（并且我没有尝试太多），但事实证明，它可以非常准确地确定洗涤开始和结束的方式（以及打开和关闭电源）。我花了大约一个星期的时间。

型号： Candy GC4 1072 D. 计算机会定期将一系列的五个字节序列发送到人机界面。前四个序列的格式为：

12 A7 00 – NN – X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 – CS
其中：12 A7 00-标头，NN-序列号，X [0..7]-8字节数据，CS-校验和。第五个顺序是一些大小不一的垃圾，对我来说，其本质仍然是个谜。

我设法解决了以下模式：

开机

12 A7 00 – 01 – X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 – CS
12 A7 00 – 02 – X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 – CS

其中X [0..7]至少一个不等于0

开始

12 A7 00 – 03 – X0 X1 X2 X3 01 01 01 01 – CS
X [0..3]是任意数字

停止

12 A7 00 – 03 – X0 X1 X2 X3 00 00 00 00 – CS
X [0..3]是任意数字

可以看出，这些不是严格的序列，即模板，因此我不得不修改解析器。

工作逻辑大致如下：如果我们获得了POWER ON序列，但是没有START，则我们开始广播状态为0的数据包。如果出现START序列，则将状态更改为1。在其他情况下，没有头盔。

我们将讨论软件包以及下一步的状态。

这很有趣，但是当我监视I2C数据包时，我没有机会连接到嗅探器计算机。我使用了具有铝制外壳的Raspberry Pi c powerbank'om。因此，一旦该建筑物与洗衣机的主体接触，RCD就从防护罩中拔出，公寓里的灯熄灭了，我开始寻找带有matyuki的手电筒。 :)为什么会发生这种垃圾-对我来说仍然是一个谜。

广播频道

最初，我不希望多余的电线来自洗衣机。也就是说，该连接应该是无线的。从这里开始，有三种可能的解决方案：WiFi，蓝牙和Arduino的RF模块。我通过选择FS1000A模块解决了后者。

当然，在哈布雷（Habré），会有很多人以此选择责备我。他们暗示在Ali-Express上可以以便宜的价格购买带有完整WiFi的ESP模块。但是我认为这会使该项目变得更加复杂，因此决定简化工作。

如您所知，FS1000A射频模块不能直接连接到RS232接口：较长的零或一序列会中断接收机同步。已创建VirtualWire库来解决此问题。但是，该库是为Arduino编写的，我只能在Atmega下使用C进行本机编程。幸运的是，Arduino的代码与纯C非常相似，并且进行了较小的修改就成功移植了该库。

存在一些困难：首先，数据包不想到达接收者。我将一切归咎于弯曲的手，但是通过直接连接接收器和发送器控制器的端子，我确信一切都可以在软件部分中完成。从中国订购的变送器被证明是有故障的。我不得不买另一个套件。然后我修复了旧的，现在有两组收发器。还记得我写的关于减少垃圾的文章吗？

数据已发送，但是此数据中到底包含什么？这是传输的数据包是：

 typedef struct { uint32_t dst; uint32_t src; #define WMP_MSG_STATUS_ALIVE _BV(0) #define WMP_MSG_STATUS_VALVE _BV(1) uint8_t status; } wmp_msg_t; #define WMP_ADDR_MONITOR 0x4d504d57 #define WMP_ADDR_CONTROLLER 0x43504d57

前两个双字是接收器和发送器的物理地址。就我而言，它们是严格固定的：0x43504d57-接收器（控制器）和0x4d504d57-发射器（显示器）。实际上，前8个字节是此数据包签名。重要信息仅在最后一个字节-位标志中找到。该标志的置零位置表示监视器处于打开状态并且正在工作-它应始终为1。第一位是阀的状态：0-阀必须关闭，1-处于打开状态。仅此而已。

假定监视器应定期将数据包发送到控制器，以确认其操作和数据通道的可维护性。如果失去通讯通道，控制器必须紧急关闭阀门。

VirtualWire库使用CRC32监视传输数据的完整性。我没有朝这个方向做更多的努力。美女！

建筑施工

显示器在结构上是一块小板，粘在洗衣机前面板内部的热胶“廖叔叔”上，并通过连接器连接到计算机和显示板之间的间隙。机器本身未经任何修改：可以随时将其恢复为原始状态。

第二部分控制者

广播频道

一切都很简单：已经安装了FS1000A套件的接收器和VirtualWire库的接收器。对该包进行解析，并将其状态传输到输出。 VirtualWire接收器在微控制器中占据TIMER1。

阀门控制

在中国的在线商店中，选择了3/4英寸电动阀，该阀带有5伏电源，并且终端传感器连接到电缆。该阀安装在球阀和洗衣机的软管之间。为了控制该阀，在同一中文站点上，L9110驱动器上订购了一个低功率步进电机驱动器。我将其连接到控制器，如下所示：

从软件的角度来看，没有特别的困难：通过输入VALVE_CLOSE和VALVE_OPEN，我们可以确定阀门的当前状态。如果需要更改此状态，请打开电动机以进行打开或关闭，直到在相应的输入上将其设置为逻辑0为止，但是由于打开或关闭需要一些时间，所以我不想在那一刻失去对一切的控制权设备。因此，在Atmega计时器上，建立了原始的调度程序，并将阀门的控制权转移到了特殊任务上。同时，特殊的WatchDog软件模块会测量阀门切换所需的时间，如果时间太长，则会生成有关其故障的信号。后来，其他有趣的事情挂在了此调度程序上，例如闪烁的LED和轮询泄漏传感器。但是稍后会更多。

而且，三色状态LED和三位手动控制拨动开关属于阀门控制电路。在拨动开关的中间位置，根据洗衣机和其他传感器的信号激活自动控制。阀门故障时，红色和绿色交替亮起。

LED和声音指示

使用LED，一切都很简单：它们通过限流电阻器直接固定在I / O端口上。那里的电流不大，并且Atmega上的端口非常强大。

但是声音必须修补。首先，我没有找到大而响亮的压电发射器。看起来这些人自然存在，但是当我参加这次购买时，结果发现选择根本就不算什么。我设法得到的最酷的声音听起来很安静。我不得不上网浏览食谱。

我选择了一个带有一个晶体管和一个自耦变压器的电路，该电路将声压从5V摆动到50V。然后结果就比较大声了。当然，并非在所有频率上，而是更接近共振。

只是在产生声音的过程中，LED的亮度（带电源的卡爪）才略有下降，但微控制器没有冻结，控制程序也没有中断。我认为这是调试布局的功能，并且在最终板上一切正常。我弄错了-情况没有变好。但是，更糟糕的是。

另一个问题是我用完了计时器，在后台我无法产生声音。我不得不问吱吱的睡眠时间。因此，在产生声音的过程中，Atmega除中断外也无能为力，必须禁用，否则音调不清晰。但是事实证明这并不是很可怕，因为声音输出不会与其他关键任务相交，例如控制阀门或通过无线电接收数据。

此外，我选择了睡眠常数，使它们与注释相对应，并提出了几种或多或少的和谐组合：“阀门打开”，“阀门关闭”，“洗涤完成”和“泄漏”。稍后，我将分别告诉您“洗完”信号。

检漏仪

泄漏检测器最初计划在微控制器的内置ADC上完成。实验表明，这是一个完美的解决方案。但是，我遇到了有时将带有接触点的电容器添加到传感器，以便连接该电容器，以及某处的导线是否断线的情况。您可以使用：RC链，比较器和时钟来检查电容器的存在（并测量其电容）。作为比较器，使用了常规的GPIO输入（它也是一个逻辑输入，并在特定电压下从0切换到1），并且微控制器中有足够的时间。

假定我会不时检查线路上是否存在电容器，然后使用ADC确定传感器触点是否在水中。事实证明，仅测量电容器的电容就足够了：如果将其降低到水中，则充电时间将增加，而放电将减少。此外，时间将发生足够的变化，从而可以确定地检测到它。

对于我的系统，我选择测量充电时间：如果未连接电容器，则为零；如果干燥，则相对较小；如果在水中，则充电时间更长。精确的数值是使用一碟水和一系列实验确定的。

检漏仪有自己的红色指示灯LED。如果未检测到传感器，则它会亮起，并且将关闭阀门的命令传送到空中。一个人仅需恢复与传感器的通讯，LED熄灭并且可以打开阀门（当然，如果只有洗衣机处于洗涤状态）。另一件事是传感器是否检测到水。在这种情况下，指示灯开始闪烁，听到讨厌的间歇声音，并强制关闭阀门。但最重要的是，控制器永远不会离开此状态。泄漏被认为是严重事故，除非强制重启设备，否则供水将无法恢复。

营养学

在这个项目中，食物对我来说是最不可理解的部分。如果我比较精通数字电路，然后精通模拟，那么我可以稍微说些。但是，感谢中国人：我可以购买带有电池充电控制器的DC-DC转换器的现成模块，并基于它们可以想到一些可行的方法。

从一开始就计划使设备自供电，以便在断电的情况下确保将水切断。另外，我有一个9V电源，需要将其连接到某个地方。总计，介绍性结果如下：

9V来自网络；
3.4〜3.7V来自电池；
为电池充电需要5V；
逻辑和电路供电需要5V电压；
如果电源电压出现故障，请切换电池电源；
必须将电池充电信号，电池上的电压和市电操作信号传输到控制器

框图如图所示。

两个肖特基二极管用作开关元件。充电控制器具有两个LED：CHARGE和STANDBY。来自第一个的信号已连接到控制器的GPIO端口，以便监视器可以知道电池正在充电。同样，来自第一个DC-DC转换器的信号被施加到微控制器端口，以确定设备是在市电还是电池上运行。为了控制充电水平，电池电压被提供给控制器的ADC。如果电压太低，监控器将关闭阀门并进入待机模式：直到电源电压出现，它才响应任何命令。

不幸的是，这里存在一些障碍：由于某种原因，阀马达从电池中吸收了一部分能量。显然，我对网络DC / DC转换器的电源或板上电源线的厚度有误。结果：打开或关闭阀门后，电池开始充电。

为了监视电源状态，有一个特殊的两色LED。如果为绿色，则表明设备正在网络上运行。如果为红色-则来自电池。如果为绿色，但红色闪烁，则表明电池正在充电。

工作逻辑

好吧，我们拥有所有的硬件及其软件支持，现在我们需要以某种方式使所有这些相互交互。最初，我以大循环（称为主循环）的形式看到了工作逻辑的实现，其中包含了许多ifs。

在此过程中，需要一个任务调度程序来执行以下简单操作：闪烁LED，轮询泄漏传感器，跟踪阀门切换时间和功率控制，这些已发布在TIMER0上。调度程序本身不会启动与任务关联的功能，而只会在与任务关联的描述符中将同步位设置为1。该任务仍在主循环中执行，我们设法摆脱了跟踪时间间隔，这使其非常简单。

在Zoo ifs中，它检查控制器各个子系统的状态并做出决定：有必要拒绝打开或关闭阀门。调试起来很困难，很容易混淆。取而代之的是，我喜欢D. Hazerman的那本古老著作中的想法：“如何自己制造机器人”。该书建议每个模块生成自己的控制信号：前进，后退，旋转等。接下来，从这些信号中仅选择优先级较高的块中的一个。我做了差不多。

我对块的优先级如下：

泄漏块
电池控制单元
手动阀控制单元
无线电控制阀控制单元
气门计时器WatchDog块

每个块生成三个命令：UNDEFINED，OPEN和CLOSE。

泄漏块具有最高优先级，但它没有OPEN命令，但无论其他块怎么说，它的CLOSE命令都肯定会关闭阀门。手动控制单元可以中断无线电频道单元的任何信号，无论洗衣机向我们显示什么内容，都可以使您控制阀门。等等。即，已经出现了易于理解和调试的逻辑层次结构。

现在，让我们回到信号上：“清洗完成。” las，我的洗衣机型号没有机会借助声音通知其工作结束：糖果工程师没有提供这样的机会。另一方面，我还有一个带有压电发射器的附加设备，并且每时每刻都知道洗衣机在做什么。为什么不让他报告清洗结束？好吧，让我们在阀门关闭信号时使控制器大声且讨厌（在共振频率下）。添加另一个五分钟的保护间隔，以免每次打开和关闭机器时都听到此尖叫声。阀门打开五分钟-清洗肯定已经开始。