一种基于单片机的洁净水处理机自动控制系统
摘 要：本文主要介绍基于MC9S12单片机的洁净水处理机自动控制系统的组成部分、设计原理及自动控制方法。
关键词：社区洁净水处理机净水控制系统;MC9S12XDO51主控板多路阀电机驱动板
健康是生命之本，水是生命之源。据世界卫生组织统计报道：“人类80%的疾病和33%的死亡与饮用水卫生有关”，另据国家环保部门统计，我国82%的河流受到不同程度的污染;在我国七大水系中，不适合做饮用水源的河段已接近40%;城市水域中78%的河段不适合作饮用水源;约50%的城市地下水也受到污染， 同时水的硬度适度的PH呈中性或弱碱性的水才对身体有益，而一般的天然水和自来水不符合这个要求。随着人们生活水平的提高，人们对水的质量的要求进一步认识和提高。要保证健康安全用水，最为有效的办法是在用水管网终端或在饮用前加装一个过滤装置，根除污染，保证饮用水的质量。因此，一种健康饮水新理念应运而生，即使用社区洁净水处理机全方位净化饮用水，使用安全水、优质水。
社区洁净水处理机由源水泵、多路选择阀、前置过滤器、浅层多介质过滤器、精细过滤器、UV灯(紫外线灯)、UV灯功率传感器、脉冲式液体涡轮流量计、压力开关、电解反应器、各种水质检测传感器(电导率、浊度、余氯等)、电磁阀等多个部分组成。与之配套的是基于摩托罗拉的MC9S12XDO512单片机开发的洁净水处理机自动控制系统，以下简称净水控制系统。
净水控制系统保证净化水处理流程的自动工作，对水质进行实时监测，根据检测到的水质不同自动调整水处理流程和参数，以确保获得最优质的饮用水，并通过DTU(远程数传模块)利用GPRS网络将收集到的水质信息和控制参数远程输送到监控中心的控制服务器上，便于社区洁净水处理机生产厂家对售出的每台洁净水处理机的状态进行监测和数据汇总。与此同时洁净水处理机生产厂家还可通过监控中心的控制服务器手动对每台洁净水处理机的净水控制系统进行参数设置和预警信息提示等功能。
净水控制系统由主控箱、多路阀电机驱动板及配套电缆组成。
主控箱由MC9S12XDO512主控板，UV灯驱动镇流器、开关电源、转换开关、交流接触器、电导率变送器、液晶触摸屏、按钮、电子锁、指示灯、蜂鸣器、DTU数传模块等组成。
主控板是是整个控制系统的核心板。包括主CPU(MC9S12XDO512)，该CPU抗干扰能力强，接口功能多，内部ROM容量大，支持在线仿真等功能。主控板设计有触摸液晶屏接口、TF卡接口、USB接口、UV灯检测和控制接口，电解反应控制和电磁阀驱动接口，4-20ma传感器接口、0-5V传感器接口、触点输入接口、指示灯接口，冲洗电机控制接口、各种泵控制接口、RS232接口等。
多路阀电机驱动板。多路阀由多个通路组成(三个或者四个)，冲洗电机需要在一定条件下控制冲洗阀门的开闭和换向，冲洗水流的大小，阀门位置角度由红外发射管发射红外线到码盘上，通过码盘上特殊区域的反射涂层反射到红外接收管，通过电路采样和整形把光信号转化为成脉冲电信号，通过主控板脉冲计数，再由主控板CPU发出指令，控制冲洗电机的开闭角度。完成冲洗、反冲洗等动作。
多路阀的换向是通过一个直流电机驱动的，给直流电机加+12V电压则齿轮正转，通过齿轮传动装置带动中心轴向里转动，多路阀换向。反之加-12V电压则齿轮反转，通过齿轮传动装置带动中心轴向外转动，多路阀换向。直流电机通过电机驱动板与主CPU的IO相连，主CPU的程序控制直流电机加电的长短，也就是说控制直流电机转的圈数，换而言之就是控制多路阀齿轮转的圈数。多路阀齿轮转了多少圈，是通过多路阀检测电路实现的。多路阀的齿轮有银色镀膜区域和正常区域两种，如左图所示黑色部分为银色镀膜区域。当红外线照在有银色镀膜区域时，通过镜面反射由红外接收管捕获，由电路处理为高电平。当红外线照在正常区域时，无镜面反射，红外接收管捕获为无，由电路处理为低电平，如图右。
实际中的齿轮转动时，红外接收管接收到的信号波形不会象图右这么平滑，会出现干扰，上升沿也没有那么清晰，沿有可能会出现多或者少的情况。初次上电时直流电机转动齿轮带动中心轴向外转，转到多路阀的起始位置，此为校零，而校零是通过找多路阀的极限位置和电机驱动时间两方面进行的。当中心轴到达极限位置的时候会卡住，占空比变大。在占空比变大的`时候将电机驱动电压反向，回转一定距离。
多路阀电机驱动板组成，供电电压AC220V，输入信号包括：净水箱液位传感器、热水箱液位传感器、进水/出水电导率传感器、紫外灯传感器、无水保护压力开关、低压保护压力开关、高压保护压力开关等，输出控制：源水泵、高压泵、净水泵、计量泵(阻垢剂)、多路阀、电解反应器、紫外灯、进水阀、冲洗阀、热水器等。
一套JSK-2 净水控制器由一台主控箱(含电源、主控板，UV灯驱动镇流器、交流接触器、继电器、微型断路器、指示灯等)，一块冲洗电机驱动板，LCD人机界面以及相关传感器和相关电缆组成。
屏幕主画面显示的是设备的工作状态和主要测量值。操作设备的状态，例如进行参数设置或修改、故障检查等。具备硬件测试功能：可对每一路输出可以单独进行控制。
设备上电后可自动运行，运行时具有以下功能：
(1)设备运行后，电解器电流将根据设定值保持相对恒定，最大不超过3A。后续需要进一步拓展电解反应器的控制电流，寻找更多的方法和手段，使用IGBT(绝缘双极型二极管)代替MOSFET(场效应管)，从而使电解反应器的最大控制电流可以调整为10A，满足更苛刻的水质净化需求。
(2)当UV灯功率小于70%时，维护信号出现，设备上的黄色指示灯闪烁，表示UV灯需要检查和维护。当功率小于60%时，设备停止运转，设备上的红色指示灯亮，表示UV灯需要检查或更换。
(3)设备工作时，根据用户需要，自动清洗前置过滤器(若安装冲洗装置)，该过程大约持续30秒，完成后清洗水排出。
(4)按设定时间自动清洗电解反应器并切换电极，该过程大约持续10秒，完成后清洗水排出。UV灯开启，绿灯和白灯同时闪烁。
如果在设定时间内，功率达到70%以上，则电磁阀打开，设备开始正常运行。
(5)如果进水中断或出水关闭，设备停止运行，白色和绿色指示灯亮，UV灯还将继续开启一段时间(该时间可设定)，以确保设备快速启动。延迟一定时间后UV灯关闭，绿色指示灯灭，系统进入待机状态。
(6)若要重新运行设备，只须打开进水阀或出水阀门即可。如果UV灯处于开启状态且功率达到70%以上，则设备开始正常运行。否则设备将重新开启UV灯，重复以上过程。
(7)屏幕主画面显示的是设备的工作状态和主要测量值。当连续几分钟不操作时，系统会自动关闭屏幕背光，轻击屏幕即可点亮屏幕。
(8)设备根据需求自动切换到反渗透RO水处理流程上。
(9)设备出现故障都应该立即停止运行，报出相应错误，待故障排除后方可允许运行。
综上所述，基于MC9S12XDO51单片机的洁净水处理机控制系统是一种自动化极强，集自动控制、诊断、报警于一体的先进的水处理控制系统。
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