智光智慧凈水機中控制系統(tǒng)設計

孫譽寧++孫王虎

摘要：針對智光智慧牌凈水機的工藝和功能要求，本文以單片機為核心設計了其智能控制系統(tǒng)，包括輸入、輸出電路、驅動電源電路等，能根據凈水機的不同狀態(tài)，自動控制相應部件的開啟與關閉，并能檢測水的濁度與報警，具有性能穩(wěn)定、高度集成和能耗低的特點。

關鍵詞：單片機 自動控制 驅動電源 自動檢測

1 引言

針對目前市場上的凈水機功能單一、凈水效果有限、水資源浪費嚴重等問題，智光智慧牌凈水機集成應用了靜電吸附、強磁場磁化、紫外線殺菌、多重過濾等技術，構建了一種分類處理、分流利用、自動清洗、自動排污的凈水工藝，見圖1所示。該工藝具有高效、節(jié)水、環(huán)保、經濟、安全等特點，但要實現上述技術與功能，就需要借助單片機進行智能控制，包括靜電吸附與脫附的電極自動通電、斷電與倒極，紫外線殺菌燈的驅動電源與自動控制，水質狀態(tài)檢測等。

2 硬件組成

輸入部分：利用兩組常開干簧管和磁浮子，組合檢測不同工作狀態(tài)的水流情況，通過單片機開啟或關閉有關設備；利用紅外線發(fā)射管、接收管和單片機檢測水的濁度；利用普通的手機充電器（DC5V）給設備供電。

輸出部分：包括靜電吸附/脫附電極電源的通斷與倒極、冷陰極紫外線燈的驅動電源、報警蜂鳴器、狀態(tài)指示燈。

單片機：基于上述輸入、輸出回路較少，以及AD轉換的要求，本設計選用PIC16F873A-I/SO芯片，其速度為20MHz，輸入/輸出數為22，程序存儲器容量為7KB（4K×14），程序存儲器類型為FLASH，EEPROM大小為128x8，RAM容量為92×8，電源（Vcc/Vdd）為4V～5.5V，數據轉換器為A/D5×10b，封裝為28-SOIC（7.5mm寬）。

3 系統(tǒng)設計

2.1 狀態(tài)劃分

狀態(tài)1——在凈水機沒有使用，也就是沖洗水、清潔水和直飲水出水口均無水流排出的情況下，系統(tǒng)所有輸出部分均應斷開，進入待機省電模式。

狀態(tài)2——只要清潔水或直飲水出水口有水流流出，磁浮子就會上升，引起干簧管閉合。這種狀態(tài)下，紫外線殺菌燈、靜電吸附電極，以及紅外線對管通電工作，并延時5s，狀態(tài)指示燈亮綠色。

狀態(tài)3——清潔水或直飲水出水口關閉后的5s內，沖洗水出水口有水流流出，紫外線殺菌燈、靜電吸附電極，以及紅外線對管通電工作，但靜電吸附電極的電源正負極性對調，進行自動倒極，開始脫附工作，狀態(tài)指示燈亮黃色。

狀態(tài)4——清潔水或直飲水出水口關閉超過5s后，僅沖洗水出水口有水流流出，紅外線對管通電工作，狀態(tài)指示燈亮紅色。

上述狀態(tài)2-4中，如果濁度檢測不正常，則蜂鳴器發(fā)出短促的“滴滴”報警聲，提示用戶開啟沖洗排水口。

2.2 電路設計

常開干簧管一旦閉合，單片機就有高平信號輸入，開始進行工作，并根據上述不同狀態(tài)控制相應的部件。

靜電吸附的電壓為DC2-2.4V，電流很小，利用單片機控制電極電源的通斷與極性。

殺菌燈為冷陰極紫外線燈（CCFL），工作頻率一般在20k-100kHz，輸出開路電壓在900v以上，帶負載電壓為600-800v，負載2W。其驅動電源采用典型的Royer拓撲電流型電路。前級BUCK變換器是用作電流調節(jié)器，并為逆變器提供能源。諧振回路是由變壓器的勵磁電感、諧振電容、鎮(zhèn)流電容和CCFL構成，鎮(zhèn)流電容使變壓器的次級總是保持高阻抗來保持CCFL電流的穩(wěn)定，輔助邊用兩個開關管交替驅動。驅動電路的輸入電源為5V，通過單片機和三極管控制電源的通斷。

紅外線發(fā)射管利用單片機和三極管進行通斷控制，紅外線接收管利用三極管放大，并利用單片機的AD轉換功能，將接收管的光信號轉換為數字信號，用來檢測水的濁度。水的濁度超過標準值，單片機就會通過蜂鳴器進行報警。

4 實驗

根據上述工藝和控制系統(tǒng)設計，揚州智光環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司研制出了實驗樣機，并已獲得發(fā)明專利（ZL 201410376716.1）。經過1個月的試用，該樣機控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，性價比高，能耗低。

5 結束語

本設計表明，單片機是采用超大規(guī)模集成電路技術把的CPU、RAM、ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數器等功能集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在控制領域應用廣泛，性價比高。

參考文獻：

[1] 張銘源， 馬萬國， 馬甲甲. 基于51單片機的飲水機水溫控制系統(tǒng)的實現[J]. 電腦知識與技術， 2016， 12 （26）： 231-232.

[2] 李精華， 曹君. 基于51單片機控制系統(tǒng)的軟件延時程序的分析[J]. 桂林航天工業(yè)學院學報， 2013， （2）： 123-125.

[3] Wanghu Sun. The Constitution of the Harmonious Architectural System[J]. Applied Mechanics and Materials， 2011， 71-78： 261-265.

[4] 陳松. 單片機控制系統(tǒng)的設計與調試方法[J]. 信息通信， 2014， （136）： 138.