智光智慧净水机中控制系统设计

孙誉宁++孙王虎

摘要：针对智光智慧牌净水机的工艺和功能要求，本文以单片机为核心设计了其智能控制系统，包括输入、输出电路、驱动电源电路等，能根据净水机的不同状态，自动控制相应部件的开启与关闭，并能检测水的浊度与报警，具有性能稳定、高度集成和能耗低的特点。

关键词：单片机 自动控制 驱动电源 自动检测

1 引言

针对目前市场上的净水机功能单一、净水效果有限、水资源浪费严重等问题，智光智慧牌净水机集成应用了静电吸附、强磁场磁化、紫外线杀菌、多重过滤等技术，构建了一种分类处理、分流利用、自动清洗、自动排污的净水工艺，见图1所示。该工艺具有高效、节水、环保、经济、安全等特点，但要实现上述技术与功能，就需要借助单片机进行智能控制，包括静电吸附与脱附的电极自动通电、断电与倒极，紫外线杀菌灯的驱动电源与自动控制，水质状态检测等。

2 硬件组成

输入部分：利用两组常开干簧管和磁浮子，组合检测不同工作状态的水流情况，通过单片机开启或关闭有关设备；利用红外线发射管、接收管和单片机检测水的浊度；利用普通的手机充电器（DC5V）给设备供电。

输出部分：包括静电吸附/脱附电极电源的通断与倒极、冷阴极紫外线灯的驱动电源、报警蜂鸣器、状态指示灯。

单片机：基于上述输入、输出回路较少，以及AD转换的要求，本设计选用PIC16F873A-I/SO芯片，其速度为20MHz，输入/输出数为22，程序存储器容量为7KB（4K×14），程序存储器类型为FLASH，EEPROM大小为128x8，RAM容量为92×8，电源（Vcc/Vdd）为4V～5.5V，数据转换器为A/D5×10b，封装为28-SOIC（7.5mm寬）。

3 系统设计

2.1 状态划分

状态1——在净水机没有使用，也就是冲洗水、清洁水和直饮水出水口均无水流排出的情况下，系统所有输出部分均应断开，进入待机省电模式。

状态2——只要清洁水或直饮水出水口有水流流出，磁浮子就会上升，引起干簧管闭合。这种状态下，紫外线杀菌灯、静电吸附电极，以及红外线对管通电工作，并延时5s，状态指示灯亮绿色。

状态3——清洁水或直饮水出水口关闭后的5s内，冲洗水出水口有水流流出，紫外线杀菌灯、静电吸附电极，以及红外线对管通电工作，但静电吸附电极的电源正负极性对调，进行自动倒极，开始脱附工作，状态指示灯亮黄色。

状态4——清洁水或直饮水出水口关闭超过5s后，仅冲洗水出水口有水流流出，红外线对管通电工作，状态指示灯亮红色。

上述状态2-4中，如果浊度检测不正常，则蜂鸣器发出短促的“滴滴”报警声，提示用户开启冲洗排水口。

2.2 电路设计

常开干簧管一旦闭合，单片机就有高平信号输入，开始进行工作，并根据上述不同状态控制相应的部件。

静电吸附的电压为DC2-2.4V，电流很小，利用单片机控制电极电源的通断与极性。

杀菌灯为冷阴极紫外线灯（CCFL），工作频率一般在20k-100kHz，输出开路电压在900v以上，带负载电压为600-800v，负载2W。其驱动电源采用典型的Royer拓扑电流型电路。前级BUCK变换器是用作电流调节器，并为逆变器提供能源。谐振回路是由变压器的励磁电感、谐振电容、镇流电容和CCFL构成，镇流电容使变压器的次级总是保持高阻抗来保持CCFL电流的稳定，辅助边用两个开关管交替驱动。驱动电路的输入电源为5V，通过单片机和三极管控制电源的通断。

红外线发射管利用单片机和三极管进行通断控制，红外线接收管利用三极管放大，并利用单片机的AD转换功能，将接收管的光信号转换为数字信号，用来检测水的浊度。水的浊度超过标准值，单片机就会通过蜂鸣器进行报警。

4 实验

根据上述工艺和控制系统设计，扬州智光环保科技发展有限公司研制出了实验样机，并已获得发明专利（ZL 201410376716.1）。经过1个月的试用，该样机控制系统工作稳定，性价比高，能耗低。

5 结束语

本设计表明，单片机是采用超大规模集成电路技术把的CPU、RAM、ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在控制领域应用广泛，性价比高。

参考文献：

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