二次水智能分流過濾系統(tǒng)研究

郭鶴，趙濤

（鄭州科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450064）

家庭生活廢水分為兩類，一類為重度污染的廢水，這類廢水需經(jīng)過深度過濾和處理才能再次利用；另一類為輕度污染的廢水，只需經(jīng)過簡單的物理過濾便可重復(fù)利用。為了提高廢水的利用效率，有效地將重度污染的家庭生活廢水與輕度污染的廢水進(jìn)行智能分流并分別處理具有十分重要的意義。本設(shè)計(jì)以AVR單片機(jī)為核心，結(jié)合傳感器模塊和繼電器模塊，提出了一種二次水智能分流過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測水質(zhì)并對(duì)廢水進(jìn)行合理分流過濾。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能夠用于實(shí)際中。

1 設(shè)計(jì)要求

二次水智能過濾系統(tǒng)集廢水分流和廢水過濾于一體，能夠自動(dòng)將家庭生活用水的污染情況分為輕、重兩個(gè)級(jí)別，并對(duì)不同污染程度的水進(jìn)行分流，最終分別過濾。在工作過程中要求實(shí)時(shí)監(jiān)視水位情況，若水位超出范圍，則將廢水自動(dòng)排出，使水位位于規(guī)定范圍內(nèi)；同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)顯示水位及水質(zhì)狀態(tài)，便于人工檢查。整個(gè)過程無需人工管理，不僅節(jié)省了勞動(dòng)力，還避免了人工分流可能出現(xiàn)分流錯(cuò)誤等問題，且全智能的工作模式大大提高了廢水二次利用效率。

2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路。本設(shè)計(jì)硬件包括AVR Atmega系列單片機(jī)最小系統(tǒng)、LCD顯示模塊、繼電器模塊、水位傳感器模塊、濁度傳感器模塊和抽水泵。其中，AVR是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制器；LCD顯示模塊可實(shí)時(shí)顯示水位值和濁度值；繼電器為常開設(shè)置，分為三路，由AVR單片機(jī)控制各個(gè)繼電器通斷，繼電器與抽水泵電路串聯(lián)，以控制泵的啟停，水位和濁度傳感器用于檢測水位和水質(zhì)情況。設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

3 控制策略

系統(tǒng)通過濁度傳感器檢測廢水水質(zhì)，并形成電壓信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)水質(zhì)信息進(jìn)行分析，將其分為重度污染和輕度污染兩個(gè)級(jí)別，根據(jù)廢水的不同級(jí)別控制兩路繼電器的通斷，從而控制兩路泵工作，最終達(dá)到廢水分流并過濾的目的。

同時(shí)，水位傳感器向單片機(jī)發(fā)送水位信息，若水位超出范圍，單片機(jī)將閉合排水控制繼電器，從而啟動(dòng)排水泵，直到水位處于安全范圍。在系統(tǒng)工作過程中，LCD顯示屏實(shí)時(shí)顯示水質(zhì)與水位。

圖1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖

圖2 主程序流程圖

圖3 實(shí)物模型圖

4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主程序流程如圖2所示。系統(tǒng)控制核心為AVR單片機(jī)，單片機(jī)首先讀取水位信息并用if指令判斷水位高低，若高于給定值，則通過p0.0引腳控制排水繼電器閉合，從而啟動(dòng)排水泵進(jìn)行排水。在排水過程中，單片機(jī)仍繼續(xù)監(jiān)測水位狀態(tài)，直至水位處于安全范圍，則斷開排水繼電器。接著開始讀取水濁度信息，采用switch-case指令將濁度分為兩種情況，若水為重度污染，則閉合重度污染繼電器，斷開輕度污染繼電器，從而開啟重度污染抽水泵，將水流入重度污染管路過濾，并流入指定水箱；若水為輕度污染，則閉合輕度污染繼電器，斷開重度污染繼電器，從而開啟輕度污染抽水泵，使水流入輕度污染管路過濾。最后，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LCD顯示屏顯示水位與水質(zhì)信息。

5 結(jié)論

根據(jù)設(shè)計(jì)理論搭建出了實(shí)物模型，如圖3所示。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，該模型能夠?qū)Σ煌廴境潭鹊乃M(jìn)行分流并過濾，LCD顯示屏能夠正確顯示水位與水質(zhì)情況。事實(shí)證明，該系統(tǒng)能夠用于實(shí)際中。

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