基于霍爾流量計改進小型純水機系統(tǒng)的設(shè)計

佟西偉

摘 要：在原有小型純水機系統(tǒng)上增加霍爾流量傳感器，采集純水流量信號以及排放的廢水流量信號，采用目前控制領(lǐng)域功耗損耗相對較低的MSP430F149型單片機處理上述流量信號，用LCD1602實時顯示當(dāng)前的各個流量數(shù)據(jù)，然后通過改變廢水比，實時統(tǒng)計出在不同變比下純水流量與廢水流量，并找到最優(yōu)值。

關(guān)鍵詞：霍爾流量傳感器 廢水比 單片機

中圖分類號：TD524 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0173-01

目前市面上小型純水機系統(tǒng)種類繁多，特別是目前小型純水機系統(tǒng)大多以開環(huán)為設(shè)計思路，這種設(shè)計方案缺點是出水后的廢水被大量的排放掉。此外，目前的系統(tǒng)中廢水比大多是固定的，這跟現(xiàn)場環(huán)境的變化導(dǎo)致的廢水比效率改變不能匹配，因而，如何通過改變廢水比來實現(xiàn)在不同情況下，系統(tǒng)仍然處于最好的出水狀態(tài)，這是整個純水機系統(tǒng)設(shè)計需要進一步考慮的。在當(dāng)今日常生活中，流量計的使用范圍越發(fā)廣泛。工程中使用的流量計有很多種，例如電磁流量計、渦輪流量計等[1]。這些流量計的優(yōu)點是精度很高，但是這些流量計采用的是高速處理芯片，成本較高，這對于家庭用小型純水機顯然是不劃算的[2]。

1 改進系統(tǒng)設(shè)計方案

為解決廢水排放的問題，本設(shè)計增加了廢水閉環(huán)回路，如圖1所示，從RO反滲透膜分流出來的廢水一路是經(jīng)過三通作為沖洗系統(tǒng)的支路，另外一路是經(jīng)過流量計、可調(diào)節(jié)廢水比進入自來水水管的三通，這樣可以重復(fù)利用廢水。自來水的最大進水壓力為0.18 MPa，本設(shè)計選定的增壓泵型號是三角洲EC-101-50：其進水壓力是不大于0.2 MPa，工作壓力是0.45 MPa，對于本設(shè)計來說基本符合要求。

在本系統(tǒng)的純水出水端和廢水出水端各安置了一個霍爾流量傳感器，用來實時記錄當(dāng)前的純水和廢水的流量比例。由于本設(shè)計RO反滲透膜最大的反滲透壓是 0.8 MPa，所以在調(diào)節(jié)廢水比時，要記錄不同變比下的數(shù)據(jù)，然后做出曲線圖，找出最優(yōu)值，盡量選擇一個對反滲透膜較小的進水壓力差。主要注意的是：如果膜元件的水通量過大，或回收率過高，鹽分和膠體滯留在膜表面上的可能性就越大[3]。

本設(shè)計選用的霍爾傳感器頻率與水流量的關(guān)系為：

F=40×Q（L/min）

其中：F為脈沖信號頻率，單位：Hz；

Q為水流量，單位：L/min。

2 控制電路設(shè)計

2.1 電源電路

采用變壓器將交流電220 V降壓為24 V直流電。通過LM2575芯片將24 V直流電壓降為5 V，通過LM117芯片將5 V電壓進一步降為3.3 V。其中5 V直流電壓供霍爾傳感流量計驅(qū)動電壓，3.3 V直流電壓供控制主芯片MSP430F149、LCD1602等模塊驅(qū)動。

2.2 控制芯片MSP430F149和液晶顯示

本控制電路控制芯片選用TI公司的MSP430F149，該芯片最大的優(yōu)點是功耗低，能夠工作在不同的功耗模式下；能夠滿足長時間斷電存儲信息不流失。

液晶顯示選用YLF1602D顯示屏，驅(qū)動電壓是3.3 V，功耗低，市面上常見，價格較低廉，能夠同時顯示32個字符。

2.3 其他模塊設(shè)計

包括晶振和鍵盤的選定等。

3 控制分析及設(shè)計

純水和廢水通過霍爾流量傳感器分別產(chǎn)生脈沖信號，單片機分別接收。然后單片機分別計數(shù)。通過簡單的函數(shù)運算，得到廢水和純水的流量。最后將這兩個數(shù)據(jù)實時的傳送到1602液晶顯示屏上。

這部分的程序設(shè)計模塊包括：定時器初始化，應(yīng)用層的LCD顯示程序和脈沖頻率采集程序等。

中斷部分函數(shù)：定時器A的中斷服務(wù)函數(shù)，在這里通過設(shè)置中斷讀取計數(shù)器的脈沖個數(shù)，然后計算流量。

4 數(shù)據(jù)實驗

在1602顯示器上會實時顯示接收到每個脈沖后的流量，廢水比由最大開始，每旋轉(zhuǎn)到一個位置，該位置盡可能小，下一次的旋轉(zhuǎn)量需要跟這次相同，記下當(dāng)前的顯示屏上的流量數(shù)據(jù)，純水流量和廢水流量；依次旋轉(zhuǎn)廢水比，記下下一次數(shù)據(jù)。然后將所有的數(shù)據(jù)列表，用MATLAB畫出數(shù)據(jù)統(tǒng)計曲線，找到該曲線的拐點即為該廢水比最優(yōu)選擇位置，也是當(dāng)前環(huán)境下的最好的工作狀態(tài)。

5 結(jié)語

通過上述改進，純水機系統(tǒng)的純水出水有了更高的出水效率，特別是霍爾流量計的使用，其精度可以達到0.01 ml，這個精度對于日常生活中的流量統(tǒng)計已經(jīng)足夠。更重要的是，通過本設(shè)計，對于任何環(huán)境下，包括在不同自來水水溫，自來水水壓等條件下，通過調(diào)節(jié)廢水比，可以找到符合該環(huán)境條件下的最好工作狀態(tài)，這種方式更加靈活，有很大的研究性和應(yīng)用性。

參考文獻

[1] 梁國偉，蔡武昌.流量測量技術(shù)及儀表[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2] 胡曉泊，翟浩.基于霍爾效應(yīng)的低成本簡易流量計[J].北京：科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（4）：47.

[2] 張葆宗.反滲透水處理應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2004.