论文研究-基于单片机的家用RO纯水机控制系统设计 .pdf

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基于单片机的家用RO纯水机控制系统设计,王峰,刘毅,为实现家用反渗透(Reverse Osmosis,简称RO)纯水机智能化控制,提高制水效率与质量,设计了一种以AT89S51单片机为核心的家用RO纯水机智�
国武获论文在线 http://www.paper.edu.cn 流岀,并产生R○膜制水需要的反瓜;通电吋,冲洗阀门打廾,横向流经膜表面水流量增大 达到沖冲洗清洁RO膜的目的 系统硬件设计 该家用RO纯水机智能控制系统采用性价比较高的AT89S51单片机芯片,通过对低压开 关、高压廾关以及冲洗按键信号的监测,控制冲洗电磁阀、高压水泵与进水电磁阀运行;同 吋,系统通过控制七段共阴极数码管、LED指示灯及蜂鸣器实吋显示系统工作状态,并可实 现自动开关机、运行状态显示、自动冲洗等多项智能控制功能S。该控制系统硬件设计总框 图如图2所示: 蜂鸣器 七段数码管 低压开关 LED指示灯 单片机 AT89S51 冲洗电磁阀 高压廾关 进水电磁阀 制冲洗 高压水泵 按键 图2控制系统硬件设计框图 压力开关、电磁阀及高压水泵与单片机接口电路设计 该控制系统通过外部的低压开关与高压开关信号来判断当前进水压力与储水桶(容量约 32加仑)存储状态,低压开关与高压开关信号分别由AT89S51的P3.4口与P3.5口输入进行处 理;并由P2.1口和P2.2口分别控制PNP型三极管驱动继电器,实现对冲洗电磁阀与进水电磁 阀{压水泵的运行控制。当进水压力不足(即压力低」0.3Kg/cm2),低压开关断开使高电 平输入P3.4∏,则P2.2∏输出扃电平停止进水电磁阀与高压水泵上作,以防止高压水泵无水 状态不良运行。当进水压力足够,低压开关闭合使低电平输入P3.4凵,若此时储水桶未满(即 压力低于3Kg/cm2),高压开关闭合使低电平输入P3.5凵,则P22凵输出低电平启动进水电磁 阀与高压水泵,高压水泵(功率约为18W)将提供5-8Kg/m2的水压以满足RO膜制水的压力 及流量需求:若储水桶水满,高压开关断开使高电平输入P3.5口,则P2.2口停止进水电磁阀 与高压水泵运行,直到到高压开关恢复闭合(即压力低于1.5Kgcm2),将重新启动进水电磁 阀与高压水泵运行。单片机P2.1口通过PNP犁三极管驱动继电器实现对冲洗电磁阀的控制, 每当RO纯水机断电后重新接通电源,P2.1口均会开通冲洗电磁阀对RO膜进行约20秒钟的冲 洗;在运行过程中,系统对制水时冋定时,每累积1.5小时,P2.1口即廾通冲洗电憾阀冲洗 RO膜约20秒钟。 数码管、指示灯及蜂鸣器与单片机接口电路设计 该控制系统通过P1.0-P1.3口分别控制显示制水指示灯、冲洗指示灯、水满指示灯与缺水 指示灯。同时,为了使用户更方便的观察了解纯水机的工作状态,通过单片机P00P0.6口控 制七段共阴极LED数码管实时显小运行状态,‘F'表小冲洗状态,对应冲洗电磁阀运行;动 态旋转◇0`表小制水状态,对应高压泵与进水电磁阀运行;静态ˆ0`表小储水桶满状态,对应 高压廾关断廾;表示缺水状态,对应低压廾关断廾。单片札2.0口通过PNP型三极管控制 国武获论文在线 http://www.paper.edu.cn 峰鸣器,为用户提供川机提示与欠压报警。 此外,系统提倛由冲沈按键触发外部中断0实现强制冲洗功能。用户根据使用需要,可 实现随时手动清沈RO膜,每次冲洗时间持续约20秒钟,从而最大限度的维持RO膜的性能与 寿命。控制系统设计电路如图3所示: 制水指示 冲洗指示灯 30缺水指示灯 TB!s51 中 上 冲洗电磁阀 低开{压开关 进电兹阀压 图3控制系统电路图 电源系统电路设计 电源系统总功率设计约为25W,市电220V50I交流电压经变压整流后输出约24V直流 电压,为冲洗电磁阀、高压水泵与进水电池阀提供工作电源;再通过7805稳压芯片为单片机 系统提供5ⅴ工作电源。为提高用电安全性,电源系统设置限流保险丝以及电源指示灯。该 系统电源设计部分如图4所示: 电源挂示灯 ls少县 图4电源系统电路图 国武获论文在线 http://www.paper.edu.cn 系统软件设计 系统软件主要由初始化程序、制水主程序以及相关子程序组成。初始化设计包括定时 尜改置、外部中断设置、开机蜂鸣提小以及判断启动冲洗功能设置。系统主程序实现对进水 压力和储水桶压力状态的监测、LED工作指小灯显小、数码管运行状态显小、欠压蜂鸣报 警、自动廾关杋以及冲洗等功能。相关了程序主要包括冲洗函数、定时冲洗函数、按键冲洗 函数 系统初始化 初始化过稈中关闭LED工作指示灯、数码管显示、冲洗电磁阀、进水电磁阀及高压水泵 没置外部中断0和定时器T0工作模式;设置启动蜂吗提小音;并判断水压状态,若水压足够, 则调用冲洗函数实现启动冲洗功能,否则发出欠压报警显小。初始流程图如下图5所小: 制水主程序 进水压力和储水桶压力状态监测作为程序上体部分循环执行。制水过程中,若自来水进 水欠压,即低压开关断开,则关断进水电磁阀与高压水泵进入停机状态,并停止计时器T0 工作,点亮LED缺水指示灯,数码管显示冮欠压提示,并且蜂鸣器发出欠压报警声;当压 力充足,即低压开关闭合,系统将取消欠压提示并重新启动进水电磁阀与高压水泵进入制水 状态,并重启定时器T0计时;同时,系统将监测储水桶压力状态,一匚水满,即高压开关 断开,则停止定时器T0计时,关闭进水电磁阀与高压水泵,数码管静态显小‘0水满提小 储水桶木满时,即扃压开关闭合,则系统转入制水状态,关闭水满指示灯,数码管显示动态 循环0制水提示。流程图如下图6所示: 初始化 程序(制水) 指示灯、蜂鸣、数码显示关 冲洗阀、进水闯水泵关 进水压力足够? 设置TO工作模式并赋初值 天缺水灯 设置中断优先级,开启T0中断 关蜂鸣器 Y 设置外邻中断为电平触发方式 水满? 开外部中断 开总中断 水满? 缺水亮 水灯常 数码显示‘L 数码显示“0 玉峰鸣报宴 启动蜂鸣提小 进水压力足够?> T0闭 T动 文 进水阀水关 水/水泵开 诖水阀/水泵关 缺水亮 水满灯亮 效冯显示“L 制水灯亮,小满大灭 欠压蜂鸣报调用冲洗函数 制水灯灭 10关闭 数码显示动态“C 数吗显示‘0 外部中断关闭 回 图5初始化流程图 图6制水主程序流程图 国武获论文在线 http://www.paper.edu.cn 冲洗函数、定时冲洗函数及按键冲洗函数 冲洗函数作为子函数供相关程序调用,且每冲洗一次定时器T0重新计数,通过调用延 时函数使冲洗时间持续20秒钟口,其流程图如下图7所示。同时,系统通过定时器T0实现每 制水1.5小时调用冲洗函数自动冲洗一次的功能,其流程图如下图8所示。此外,按键冲洗函 数由按键触发外部中断0实现强制冲洗功能,其流程图如下图9所小 冲洗函数 T0中断 (15h自动冲洗) 关总中断, T0计数器清零 T0赋初值 T0计数器加1 冲洗阀开,进水阀/水泵开 冲洗灯亮,数码显示‘F 15h到? 冲洗20s 调用冲洗区数 冲洗阀关 冲洗灯、数码显示关 屮断返回 水满? 图8定时中断流稈图 外部中断 进水阀/水泵关 按键强制冲洗) 开总中断 调用冲洗函数 中断返回 中断返回 图7冲洗函数流程图 图9外部按键屮断流程图 总结 本文针对目前家用RO纯水机控制系统存在问题,在分析其工芝流程及工作原理的基础 上,设计了以A89S51单片机为核心的家用RO纯水机智能控制系统。实验证明,该系统 性能稳定,控制简单,成本低廉,可明显提高家用RO纯水机的制水效率与质量。但由于受 硏究条件限制,针对RO纯水机的水质监测与显示功能未能涉及,这也将是后续研究方向之 。可以预见,随着家用RO纯水机制水工艺与电气控制系统的发展完善,高效节能型的 RO纯水机将在家用水处理领域发挥肴日爷重要的作用。 国武获论文在线 http://www.paper.edu.cn 参考文献 [1]鄂学礼,凌波,饮用水深度净化与水质处理器[M].北京:化学工业出版社,2004.8:373-382 [2]李晓英,张文辉.仝自动纯水机存在问题分析及改进措施[J].中国水运,2096:135-137 [3]宋国强.用于小犁RO纯水机装置的UF单元研制[D].武汉理工大学硕士学位论文,2003.4:29-38 [4]邵刚.膜法水处理技术[M].北京:冶金工业出版社,20001:25-30 [5]余永权. ATMEL89系列单片机应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,20024:36-69 [6]郭惠.单片机C语言程序设计[M.北京:电子工业出版社,2008.10:178-216 [7]欧阳文.AMEL89系列单片机的原理与开发实践[M].北京:中国电力出版社,2007.6:41-61 Wang Feng, Liu Yi, Wang Bin, Hc Zhiyuan School of Information and Electrical Engineering, China University of Mining and Technology Xuzhou, Jiangsu(221008) In order to realize the intelligent control system of houschold Ro water purifier and improve the quality and efficiency of water treatment, an intelligent control system based on AT89S51 single chip computer was presented. This paper provides the hardware and softerware designing procedures in details based on the analysis of the process and principle of ro water purifier. Several intelligent functions are achieved such as auto-washing, running state displaying, alarming, and etc. Through experiment, the control system is proved to be more stable and high-powered, and it can fulfill the requirements of family use single chip computer; houschold RO water purifier: reverse osmosis; control system

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