基于ATmega16L的凈水機控制系統(tǒng)的設(shè)計 2011-05-04 13:38:26來源:互聯(lián)網(wǎng)

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水是人類生命的源泉，人們對飲用水質(zhì)的要求及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)在不斷提高。但由于工業(yè)廢水和生活污水等水體排放量的不斷增加，致使水源污染日益加劇。人類經(jīng)歷了由最初的簡單的沉淀凈水到傳統(tǒng)的煮沸處理，發(fā)展到現(xiàn)在的深度凈化飲用水。解決飲用水污染問題有兩條途徑：一是通過保護飲用水水源，選用優(yōu)質(zhì)飲用水水源；二是強化飲用水處理工藝。在發(fā)達國家飲用水凈化處理工藝已經(jīng)很成熟且凈水機的使用也相當(dāng)普及，但在我國，這種凈水機目前仍不為大眾消費者所熟悉。所以設(shè)計功能完善、經(jīng)濟實用的智能凈水機具有積極的社會意義。
1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理
圖1為凈水機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。凈水機主要由控制主板、增壓泵、溫度傳感器、壓縮機、電熱絲、水位檢測板、LCD顯示屏、紫外燈管等裝置組成。機器可通過手動開機和定時自動開機?？刂破鞲鶕?jù)用戶設(shè)定的參數(shù)控制各裝置的工作，實現(xiàn)機器的自動控制。LCD屏實時顯示當(dāng)前工作狀態(tài)，用戶可通過按鍵修改和查看已設(shè)定的參數(shù)，在參數(shù)被修改后，系統(tǒng)會更新并保存修改的參數(shù)。在機器運轉(zhuǎn)的過程中，控制器根據(jù)各傳感器的信號狀態(tài)判斷各部件是否有故障發(fā)生，當(dāng)有故障發(fā)生時立即對機器實現(xiàn)實時保護，同時LCD屏顯示相應(yīng)故障代碼，以便維護人員有針對性地進行維修。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
2.1 溫度控制
功能完善的凈水機不但能夠起到凈化水的作用，而且還能夠根據(jù)消費者的需求對水進行精確的加熱，以滿足消費者的需求。當(dāng)水經(jīng)過直飲水機深度的科學(xué)處理時，溫度控制的精度很重要?；谶@個特點，本文提出了如下溫度控制方案：測溫元件采用不銹鋼管負溫度系數(shù)熱敏電阻溫度傳感器，溫度的檢測電路如圖2所示。當(dāng)溫度變化時，熱敏電阻值會隨著溫度的升高而減小。為了使測量的溫度盡可能準(zhǔn)，可選擇在經(jīng)常工作的溫度區(qū)間，采用電阻值變化大的熱敏電阻，上拉電阻取測量溫度的中點溫度時熱敏電阻的阻值。這樣就能把變化的電阻值轉(zhuǎn)變成電壓值，經(jīng)過濾波后，送單片機內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換后得到相應(yīng)的溫度值。

加熱裝置的電路控制如圖3所示。ICE_CON連接到數(shù)字擴展口上，ICE_SYS連接到加熱裝置。

溫度執(zhí)行機構(gòu)主要由光隔控制可控硅的通與斷來控制加熱電源的通與斷。用可控硅代替繼電器等機械開關(guān)，可使控制具有靈敏、可靠、抗干擾能力強等優(yōu)點[1]。數(shù)字信號經(jīng)過開關(guān)量擴展電路后，送光電耦合器MOC3043，由MOC3043控制可控硅的控制極。通過光電耦合器與可控硅的結(jié)合，能夠有效地把微控系統(tǒng)與交流220 V隔離，同時又因為雙向可控硅采用過零觸發(fā)的方式(這是一種理想的觸發(fā)工作方式)，并使正弦波以完整的形式加到負載上，既有利于保護元器件的安全使用和負載的工作穩(wěn)定性，又不會對電網(wǎng)造成污染，減少了對其他設(shè)備的干擾[2]。MOC3043是具有內(nèi)部過零檢測器的光電耦合可控硅驅(qū)動器，用它驅(qū)動可控硅具有簡單可靠的優(yōu)點。因為當(dāng)輸入端導(dǎo)通時，輸出端并不馬上導(dǎo)通，只有電源電壓過零時才會導(dǎo)通，這樣負載輸出端輸出的就是完整的正弦波[3]。

2.2 開關(guān)量輸出
由于控制系統(tǒng)的輸出比較多，在該控制系統(tǒng)中，主要的輸出有：增壓泵、2個紫外燈、阻返器、臭氧發(fā)生器、4個進水電磁閥、制熱裝置等。如果用單片機端口一對一地輸出控制，則輸出端口的資源相當(dāng)緊張。因此，本控制系統(tǒng)采用移位/鎖存器CD4094BE結(jié)合高壓高電流達林頓管陣列ULN2803A進行端口擴展。開關(guān)量輸出擴展電路如圖4所示。