基于單片機(jī)的生活廢（污）水處理系統(tǒng)設(shè)計

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(yán)重浪費現(xiàn)象長期并存。未來 15 年是我國建設(shè)節(jié)水型社會的關(guān)鍵時期，國五部委聯(lián)合發(fā)布的《中國節(jié)水技術(shù)政策大綱》中，對建設(shè)節(jié)水型社會的規(guī)劃之一是推廣先進(jìn)實用的節(jié)水技術(shù)。

　　學(xué)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(shè)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(jìn)節(jié)水技術(shù)的推廣，用單片機(jī)控制廢水處理的設(shè)備，從而實現(xiàn)現(xiàn)場的自動化控制。

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)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(guān)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(jī)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(shè)計

　　對輸入量的檢測要實時準(zhǔn)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(guān)量，所以可以直接將開關(guān)量的值檢測到單片機(jī)內(nèi)。對開關(guān)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(guān)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(guān)量檢測進(jìn)來，如圖 2 中右側(cè)電路圖所示。

　　圖 2 開關(guān)量輸入檢測方法比較

　　在本系統(tǒng)中，由于浮子的開關(guān)量的電氣干擾比較小無需使用光電耦合器件來進(jìn)行電氣隔離，對輸入量的瞬間抖動可以利用軟件技術(shù)來實現(xiàn)準(zhǔn)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(shè)計

　　在本系統(tǒng)中，輸出控制主要是控制電機(jī)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(jī)系統(tǒng)是弱電系統(tǒng)，而電機(jī)回路是強(qiáng)電系統(tǒng)，這就需要解決弱電控制強(qiáng)電的問題，要實現(xiàn)弱電與強(qiáng)電的隔離，所以利用繼電器控制電機(jī)，實現(xiàn)強(qiáng)弱電的隔離，這樣就不會造成強(qiáng)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(jī)驅(qū)動控制電路

　　由圖3 可知，當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時，使三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，繼電器線圈得電吸合開關(guān)觸點接通強(qiáng)電回路，使電機(jī)回路導(dǎo)通；當(dāng)單片機(jī)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(guān)觸點斷開，強(qiáng)電回路斷開，電機(jī)停轉(zhuǎn)。這樣就實現(xiàn)了對電機(jī)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(yīng)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

　　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(shè)計功能圖如圖5 所示。

　　圖 5 系統(tǒng)總體功能模塊圖

　　系統(tǒng)主要由單片機(jī)擴(kuò)展若干外圍不同功能的模塊，來構(gòu)成一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要由輸入模塊，輸出控制電機(jī)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(jié)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(guān)量的檢測快速準(zhǔn)確，對電機(jī)的停轉(zhuǎn)的控制迅速可靠，能夠比較準(zhǔn)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(zhǔn)確，能夠很好的滿足系統(tǒng)控制要求。