王棟

【摘要】 目前，水污染日趨嚴重，人們的健康飲水問題成了急需解決的一大問題。為了改善我們?nèi)粘ｏ嬎馁|(zhì)量問題，筆者研究了家用純水機系統(tǒng)，以自來水為水源的純水制備系統(tǒng)的設(shè)計與制作。通過UF超濾、RO反滲透膜、EDI裝置以及紫外燈照射等方法使自來水達到可以供人類健康飲用的純水。采用智能化控制，由電導率傳感器、電阻率傳感器檢測水質(zhì)。

【關(guān)鍵字】 健康 純水 智能化控制

本系統(tǒng)以單片機ATmega128為核心，采用繼電器控制電磁閥達到反滲透膜技術(shù)，智能過濾、加壓、沖洗、循環(huán)，附加以電導率測定傳感器、電導率測試傳感器檢測水質(zhì)，且水質(zhì)檢測自動顯示，從而獲得了高質(zhì)量的產(chǎn)出水，它的出水電阻率一般均可達到18MΩ/cm 。并設(shè)有人機交互界面，采用鍵盤輸入，液晶顯示，界面友好，易于操作。

一、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理介紹

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括微處理器，繼電器模塊，電源模塊，按鍵模塊，液晶顯示模塊和傳感器模塊組成。

系統(tǒng)功能模塊工作原理介紹：

電源模塊：將外部鋰電池輸入的DC24V電源進行穩(wěn)壓及電壓變換，以便供給各個系統(tǒng)工作模塊，為保證系統(tǒng)運行可靠采用了DC/DC電源轉(zhuǎn)換模塊。

微處理器：采用ATmega128，負責整個系統(tǒng)的運行控制，通過按鍵及液晶顯示對系統(tǒng)功能進行設(shè)置，運行過程中接收電阻傳感器、電導傳感器信號檢測水質(zhì)是否達到標準，以控制系統(tǒng)更好運行。

繼電器模塊：通過微處理器控制繼電器實現(xiàn)超濾UF，反滲透RO，EDI系統(tǒng)，高純水循環(huán)等功能。

傳感器模塊：由電導率傳感器，電阻率傳感器組成，將檢測信息反饋給微處理器，以達到檢測水質(zhì)的目的。

液晶顯示模塊：采用液晶12864，串行通信的方式，解決了單片機I/O資源有限的問題?？梢赃M行背光調(diào)節(jié)，當長時間沒有按鍵操作時，液晶顯示進入節(jié)電模式。

二、制水工藝流程圖

制水工藝流程如圖1所示，自來水通過超濾UF后通過加壓泵進入RO反滲透，將純凈水和濃縮水分離之后進入EDI裝置生產(chǎn)出穩(wěn)定的去離子水，之后進入水箱通過加壓泵進行高純水循環(huán)，生產(chǎn)出達到標準的純水。

當傳感器檢測的信息達到設(shè)定值時，便可以進行高純水取水。取水時通過液晶查看傳感器檢測的水質(zhì)信息，以便放心飲用。

三、主控制模塊設(shè)計

最小系統(tǒng)采用AVR系列的ATmega128L單片機為主控制芯片，單片機最小系統(tǒng)主要包括單片機、復位電路、時鐘電路、下載電路、電源指示電路。其中單片機具有128KB的程序存儲區(qū)、4KB內(nèi)部SRAM完全滿足系統(tǒng)設(shè)計需要，S1為復位按鍵，采用低電平復位，電容C2與電阻R5組成上電復位電路，為了提高串行通信波特率的準確度，時鐘電路采用11.0592M晶振與C15、C16組成振蕩電路，便于觀察系統(tǒng)電源采用了電源指示電路，R4與DS1串聯(lián)接到了5V電源兩端，其中R4是限流電阻。

ATmega128是基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進的指令集以及單周期指令執(zhí)行時間，ATmega128 的數(shù)據(jù)吞吐率高達 1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾，完全達到系統(tǒng)要求。

ATmega128具有如下特點：128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash足夠程序存放；4K字節(jié)的EEPROM用于存儲報警信息；53個通用I/O口線可以控制繼電器；8通道10位ADC用于傳感器模塊信息采集，ADC噪聲抑制模式時CPU和所有的I/O模塊停止運行，而異步定時器和 ADC 繼續(xù)工作，以減少ADC轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲；具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器可以使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

經(jīng)測試，本系統(tǒng)可以達到設(shè)計要求，可以實現(xiàn)UF超濾、RO反滲透、EDI裝置、高純水循環(huán)等功能，幫助我們使用更加安全的家庭用水。

參 考 文 獻

[1]閻俊、夏志忠.單片機的外圍電路設(shè)計，中國電子技術(shù)信息網(wǎng) 2004.5

[2] AVR ENHANCED RISC MICROCONTROLLER DATA DOOK[3]耿德根.宋建國，馬潮 .AVR 高速嵌入式單片機原理與應用[M]，第二版，北京航空航天大學出版社 2002