基于霍尔流量计改进小型纯水机系统的设计

佟西伟

摘 要：在原有小型纯水机系统上增加霍尔流量传感器，采集纯水流量信号以及排放的废水流量信号，采用目前控制领域功耗损耗相对较低的MSP430F149型单片机处理上述流量信号，用LCD1602实时显示当前的各个流量数据，然后通过改变废水比，实时统计出在不同变比下纯水流量与废水流量，并找到最优值。

关键词：霍尔流量传感器 废水比 单片机

中图分类号：TD524 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0173-01

目前市面上小型纯水机系统种类繁多，特别是目前小型纯水机系统大多以开环为设计思路，这种设计方案缺点是出水后的废水被大量的排放掉。此外，目前的系统中废水比大多是固定的，这跟现场环境的变化导致的废水比效率改变不能匹配，因而，如何通过改变废水比来实现在不同情况下，系统仍然处于最好的出水状态，这是整个纯水机系统设计需要进一步考虑的。在当今日常生活中，流量计的使用范围越发广泛。工程中使用的流量计有很多种，例如电磁流量计、涡轮流量计等[1]。这些流量计的优点是精度很高，但是这些流量计采用的是高速处理芯片，成本较高，这对于家庭用小型纯水机显然是不划算的[2]。

1 改进系统设计方案

为解决废水排放的问题，本设计增加了废水闭环回路，如图1所示，从RO反渗透膜分流出来的废水一路是经过三通作为冲洗系统的支路，另外一路是经过流量计、可调节废水比进入自来水水管的三通，这样可以重复利用废水。自来水的最大进水压力为0.18 MPa，本设计选定的增压泵型号是三角洲EC-101-50：其进水压力是不大于0.2 MPa，工作压力是0.45 MPa，对于本设计来说基本符合要求。

在本系统的纯水出水端和废水出水端各安置了一个霍尔流量传感器，用来实时记录当前的纯水和废水的流量比例。由于本设计RO反渗透膜最大的反渗透压是 0.8 MPa，所以在调节废水比时，要记录不同变比下的数据，然后做出曲线图，找出最优值，尽量选择一个对反渗透膜较小的进水压力差。主要注意的是：如果膜元件的水通量过大，或回收率过高，盐分和胶体滞留在膜表面上的可能性就越大[3]。

本设计选用的霍尔传感器频率与水流量的关系为：

F=40×Q（L/min）

其中：F为脉冲信号频率，单位：Hz；

Q为水流量，单位：L/min。

2 控制电路设计

2.1 电源电路

采用变压器将交流电220 V降压为24 V直流电。通过LM2575芯片将24 V直流电压降为5 V，通过LM117芯片将5 V电压进一步降为3.3 V。其中5 V直流电压供霍尔传感流量计驱动电压，3.3 V直流电压供控制主芯片MSP430F149、LCD1602等模块驱动。

2.2 控制芯片MSP430F149和液晶显示

本控制电路控制芯片选用TI公司的MSP430F149，该芯片最大的优点是功耗低，能够工作在不同的功耗模式下；能够满足长时间断电存储信息不流失。

液晶显示选用YLF1602D显示屏，驱动电压是3.3 V，功耗低，市面上常见，价格较低廉，能够同时显示32个字符。

2.3 其他模块设计

包括晶振和键盘的选定等。

3 控制分析及设计

纯水和废水通过霍尔流量传感器分别产生脉冲信号，单片机分别接收。然后单片机分别计数。通过简单的函数运算，得到废水和纯水的流量。最后将这两个数据实时的传送到1602液晶显示屏上。

这部分的程序设计模块包括：定时器初始化，应用层的LCD显示程序和脉冲频率采集程序等。

中断部分函数：定时器A的中断服务函数，在这里通过设置中断读取计数器的脉冲个数，然后计算流量。

4 数据实验

在1602显示器上会实时显示接收到每个脉冲后的流量，废水比由最大开始，每旋转到一个位置，该位置尽可能小，下一次的旋转量需要跟这次相同，记下当前的显示屏上的流量数据，纯水流量和废水流量；依次旋转废水比，记下下一次数据。然后将所有的数据列表，用MATLAB画出数据统计曲线，找到该曲线的拐点即为该废水比最优选择位置，也是当前环境下的最好的工作状态。

5 结语

通过上述改进，纯水机系统的纯水出水有了更高的出水效率，特别是霍尔流量计的使用，其精度可以达到0.01 ml，这个精度对于日常生活中的流量统计已经足够。更重要的是，通过本设计，对于任何环境下，包括在不同自来水水温，自来水水压等条件下，通过调节废水比，可以找到符合该环境条件下的最好工作状态，这种方式更加灵活，有很大的研究性和应用性。

参考文献

[1] 梁国伟，蔡武昌.流量测量技术及仪表[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2] 胡晓泊，翟浩.基于霍尔效应的低成本简易流量计[J].北京：科技创新导报，2012（4）：47.

[2] 张葆宗.反渗透水处理应用技术[M].北京：中国电力出版社，2004.