基于單片機的生活廢（污）水處理系統(tǒng)設計

  摘要   本論文實現(xiàn)了對生活廢水系統(tǒng)的控制，滿足了對生活廢水進行實時處理的要求。本系統(tǒng)根據(jù)廢水水量實現(xiàn)了智能控制，根據(jù)水位情況判斷是否進行廢水處理，并能夠進行水質(zhì)報警以及所處理的廢水的總量的統(tǒng)計，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動化智能控制及手動控制的切換，以滿足用戶的自主控制要求，實驗證實系統(tǒng)設計完全達到了預期設計要求。

　　1  引言

　　中國是全球人均水資源最貧乏的國家之一，然而在我國，水資源短缺與嚴重浪費現(xiàn)象長期并存。未來 15 年是我國建設節(jié)水型社會的關鍵時期，國五部委聯(lián)合發(fā)布的《中國節(jié)水技術政策大綱》中，對建設節(jié)水型社會的規(guī)劃之一是推廣先進實用的節(jié)水技術。

　　學生公寓盥洗室生活用水量大，水池的排水方式普遍為直排式，使具有再次利用價值的生活廢水被排入下水道，造成水資源的浪費。本課題設計的是生活廢水二次利用裝置的控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)地完成有利于推進節(jié)水技術的推廣，用單片機控制廢水處理的設備，從而實現(xiàn)現(xiàn)場的自動化控制。

　　2  系統(tǒng)總體設計

　　系統(tǒng)節(jié)水裝置如圖 1 所示，本生活廢水處理控制系統(tǒng)主要分為以下幾個模塊，通過檢測浮子開關量來檢測水位，如圖中的 K1,K2,K3，分別檢測過濾水箱，凈水箱，儲水箱的水位，即輸入單元模塊，此模塊主要用于為控制器提供各輸入量的邏輯組合值；驅(qū)動電氣箱內(nèi)的電機停轉(zhuǎn)以控制水位的輸出控制單元模塊；及狀態(tài)顯示，聲光報警，數(shù)碼顯示流量總計和手動自動控制切換單元模塊。

圖 1 節(jié)水裝置示意圖

　　2.1  控制系統(tǒng)輸入模塊設計

　　對輸入量的檢測要實時準確，本系統(tǒng)使用浮子來檢測水位是處于高水位狀態(tài)或低水位狀態(tài)，其輸出為開關量，所以可以直接將開關量的值檢測到單片機內(nèi)。對開關輸入量的檢測主要有以下兩種典型的方案：一是通過光電耦合器件檢測開關量，實現(xiàn)電氣隔離，這樣處理可以使輸入端的波動不至于影響控制電路的正常工作，如圖 2  中左側(cè)電路圖所示，另一種方案是直接檢測，通過簡單的電路將開關量檢測進來，如圖 2  中右側(cè)電路圖所示。

圖 2 開關量輸入檢測方法比較

Fig.2 Comparing means of inspect switch input JP10  220

　　在本系統(tǒng)中，由于浮子的開關量的電氣干擾比較小無需使用光電耦合器件來進行電氣隔離，對輸入量的瞬間抖動可以利用軟件技術來實現(xiàn)準確的檢測，如可在檢測輸入量時做一下延時，所以在本系統(tǒng)中采用第二種方案。

　　2.2  輸出控制單元設計

　　在本系統(tǒng)中，輸出控制主要是控制電機的停轉(zhuǎn)來控制水位，使各個水箱的水位保持在一定的允許的變化范圍內(nèi)，不允許水箱內(nèi)水位過低以至干涸，也不允許水箱內(nèi)水位過高以至無法向水箱內(nèi)充水造成水浪費。

　　由于單片機系統(tǒng)是弱電系統(tǒng)，而電機回路是強電系統(tǒng)，這就需要解決弱電控制強電的問題，要實現(xiàn)弱電與強電的隔離，所以利用繼電器控制電機，實現(xiàn)強弱電的隔離，這樣就不會造成強電系統(tǒng)對弱電系統(tǒng)的沖擊使系統(tǒng)不穩(wěn)定。如圖3 所示。

圖3   電機驅(qū)動控制電路

Fig.3 Circuit of engine drive controlling

　　由圖3 可知，當單片機輸出高電平時，使三極管處于飽和導通狀態(tài)，繼電器線圈得電吸合開關觸點接通強電回路，使電機回路導通；當單片機輸出低電平時，三極管處于截至斷開狀態(tài)，線圈失電，通過反向續(xù)流二極管反向續(xù)流放電，開關觸點斷開，強電回路斷開，電機停轉(zhuǎn)。這樣就實現(xiàn)了對電機的控制。

　　2.3  狀態(tài)顯示及數(shù)碼顯示單元

　　狀態(tài)顯示功能，使用發(fā)光二極管來指示系統(tǒng)所處的狀態(tài)，驅(qū)動發(fā)光二極管采用灌電流的方式，通過程序控制相應的端口來控制發(fā)光二極管的亮滅。數(shù)碼管顯示單元，主要是用于顯示流量總計，統(tǒng)計所處理廢水的總量。我們采用四位數(shù)碼管來顯示流量總計。如圖 4 所示。

圖 4 數(shù)碼管顯示單元

Fig.4 Numeral display cell

　　在本系統(tǒng)中，我們采用共陽極數(shù)碼管，通過三極管來控制其通斷，因為 74LS47    具有譯碼功能，所以利用此芯片來控制數(shù)碼管的顯示，對數(shù)碼管顯示的控制采用循環(huán)掃描的動態(tài)方式顯示。

　　至此，系統(tǒng)的各個功能模塊基本完成，那么系統(tǒng)的總體設計功能圖如圖5 所示。

圖 5  系統(tǒng)總體功能模塊圖

Fig.5 Collectivity module of system function

　　系統(tǒng)主要由單片機擴展若干外圍不同功能的模塊，來構成一個單片機控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要由輸入模塊，輸出控制電機模塊，狀態(tài)顯示模塊及數(shù)碼顯示流量模塊。

　　3  系統(tǒng)調(diào)試與結論

　　本系統(tǒng)通過仿真調(diào)試及在現(xiàn)場的調(diào)試測試，能夠很好的控制系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，對于浮子開關量的檢測快速準確，對電機的停轉(zhuǎn)的控制迅速可靠，能夠比較準確的顯示所處理的廢水的總量，系統(tǒng)各種狀態(tài)的指示實時準確，能夠很好的滿足系統(tǒng)控制要求。