智能水泄漏检测与电磁阀控制系统

核心组件清单

项目背景与设计理念

一次偶然交谈让我意识到水泄漏的破坏力：朋友因出差期间水管爆裂，地下室家具尽毁。本项目源自我参加的微软物联网竞赛作品，但采用Arduino而非树莓派实现。我的设计哲学是「职责下放」：将简单任务交给简单设备（如Arduino）自主执行，必要时通过网络协作提供高级服务。即使网络中断，本地核心功能（检测漏水、切断水源）仍可正常运行。

系统架构与安装示意

电动球阀内置12V直流电机，极性反转控制正反转。限位开关提供位置反馈：红线触地=全关，绿线触地=全开。上电后给左上接线端子施加正电压即可开阀。

控制器面板布局

• LED1（红）：常亮=本地检测到漏水，闪烁=远程节点上报漏水，熄灭=无漏水
• LED2（黄）：常亮=电磁阀控制故障，闪烁=MQTT Broker不可达，熄灭=正常
• LED3（蓝）：常亮=系统正常监测中，闪烁=电磁阀已关闭，熄灭=系统断电或故障

传感器部署示例

内部接线实拍

⚠️ 关键安全警示

本项目使用双路输出电源模块：12V路驱动电磁阀，5V路直接给Arduino 5V引脚供电（而非Vin）。一旦AC/DC模块通电，严禁再插入Arduino DC电源插头或USB线！若需USB调试，请自制仅保留数据线（D+/D-）的专用线缆。AC接线盒至电源模块间为110V市电，严禁带电操作，严禁触碰！

核心代码逻辑（Arduino C++）

// 关键常量定义
#define MQTT_CLIENT_PREFIX "GLX"
#define MQTT_LOCATION "BASEMENT"
#define MQTT_UID "001"
const int VALVE_TIMEOUT = 15; // 电机运行超时(秒)
const int MAIN_LOOP_DELAY = 500; // 主循环周期(ms)

// 引脚映射
const int LED_SYS = A0;      // 蓝灯
const int LED_FAULT = A1;    // 黄灯
const int LED_ALARM = A2;    // 红灯
const int WATER_SENSOR = 2;  // 水浸传感器(低电平触发)
const int BTN_RESET = 3;     // 复位按钮(上拉输入)
const int VALVE_CLOSED = 5;  // 关阀限位(低电平触发)
const int VALVE_OPENED = 6;  // 开阀限位(低电平触发)
const int RELAY_1 = 8;       // 电机继电器1
const int RELAY_2 = 7;       // 电机继电器2

// 状态变量
int waterLocal = 0, waterRemote = 0;
int valveState = -1; // -1未知, 0开, 1关
int valveConnected = -1, mqttConnected = -1;
volatile bool resetRequested = false;

// 防抖动读取
int readDebounced(int pin, int interval, int confirm) {
  int val = digitalRead(pin), cnt = 1;
  while (cnt <= confirm) {
    delay(interval);
    if (digitalRead(pin) == val) cnt++; else { cnt = 1; val = digitalRead(pin); }
  }
  return val;
}

// 继电器控制：0=断电, 1=关阀, 2=开阀
void setRelays(int mode) {
  switch(mode) {
    case 0: digitalWrite(RELAY_1, HIGH); digitalWrite(RELAY_2, HIGH); break;
    case 1: digitalWrite(RELAY_1, HIGH); digitalWrite(RELAY_2, LOW);  break; // 关阀极性
    case 2: digitalWrite(RELAY_1, LOW);  digitalWrite(RELAY_2, HIGH); break; // 开阀极性
  }
}

// 等待限位触发
bool waitLimit(int pin) {
  for (int t = VALVE_TIMEOUT; t > 0; t--) {
    if (readDebounced(pin, 10, 10) == LOW) return true;
    delay(1000); Serial.print('.');
  }
  Serial.println(F(" 电机超时，请检查供电与接线"));
  return false;
}

// 开阀流程：先撞击关限位复位，再正向开阀
int openValve() {
  Serial.print(F("开阀中..."));
  setRelays(1); if (!waitLimit(VALVE_CLOSED)) return -1;
  setRelays(2); if (!waitLimit(VALVE_OPENED)) return -1;
  valveConnected = 1; valveState = 0; setRelays(0);
  Serial.println(F(" 阀门全开，开始监测")); return 0;
}

// 关阀流程：先撞击开限位复位，再反向关阀
int closeValve() {
  Serial.print(F("关阀中..."));
  setRelays(2); if (!waitLimit(VALVE_OPENED)) return -1;
  setRelays(1); if (!waitLimit(VALVE_CLOSED)) return -1;
  valveConnected = 1; valveState = 1; setRelays(0);
  Serial.println(F(" 阀门已关闭，请排查漏水点并擦干传感器")); return 0;
}

// MQTT回调：解析远程节点上报的漏水消息
void mqttCallback(char* topic, byte* payload, unsigned int len) {
  String msg = String((char*)payload).substring(0, len);
  if (msg.indexOf("WaterDetected") >= 0 && msg.indexOf(MQTT_LOCATION) == -1)
    waterRemote = 1; // 忽略自身上报，避免自触发
}

// 主循环：LED状态机、漏水判定、定时上报、看门狗复位
void loop() {
  updateLEDs(); // 分两阶段更新LED，实现闪烁效果
  if (resetRequested) { publishStatus(); wdt_enable(WDTO_1S); delay(5000); }
  waterLocal = !readDebounced(WATER_SENSOR, 100, 10);
  if (waterLocal || waterRemote) { if (valveState == 0) closeValve(); }
  if (--mqttIntervalCnt <= 0) {
    if (waterLocal) publishFault(); publishStatus(); mqttIntervalCnt = 20;
  }
  delay(MAIN_LOOP_DELAY/2); client.loop(); delay(MAIN_LOOP_DELAY/2);
}

原理图