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(qū)動電源電路等，能根據(jù)凈水機的不同狀態(tài)，自動控制相應部件的開啟與關(guān)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(guān)鍵詞：單片機 自動控制 驅(qū)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(shù)，構(gòu)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(jīng)濟、安全等特點，但要實現(xiàn)上述技術(shù)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(qū)動電源與自動控制，水質(zhì)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(guān)閉有關(guān)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(qū)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(zhuǎn)換的要求，本設計選用PIC16F873A-I/SO芯片，其速度為20MHz，輸入/輸出數(shù)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(guān)閉后的5s內(nèi)，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(diào)，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(guān)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(jù)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(qū)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(diào)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(gòu)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(guān)管交替驅(qū)動。驅(qū)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(zhuǎn)換功能，將接收管的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)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(jù)上述工藝和控制系統(tǒng)設計，揚州智光環(huán)保科技發(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(jīng)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(jié)束語

本設計表明，單片機是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把的CPU、RAM、ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在控制領(lǐng)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(xiàn)[J]. 電腦知識與技術(shù)， 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(diào)試方法[J]. 信息通信， 2014， （136）： 138.