基于單片機的生活廢（污）水處理系統設計 (1)

        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，水資源短缺與嚴重浪費現象長期并存。未來 15 年是我國建設節水型社會的關鍵時期，國五部委聯合發布的《中國節水技術政策大綱》中，對建設節水型社會的規劃之一是推廣先進實用的節水技術。
　　學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。本課題設計的是生活廢水二次利用裝置的控制系統，這一系統地完成有利于推進節水技術的推廣，用單片機控制廢水處理的設備，從而實現現場的自動化控制。
　　2 系統總體設計
　　系統節水裝置如圖 1 所示，本生活廢水處理控制系統主要分為以下幾個模塊，通過檢測浮子開關量來檢測水位，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；驅動電氣箱內的電機停轉以控制水位的輸出控制單元模塊；及狀態顯示，聲光報警，數碼顯示流量總計和手動自動控制切換單元模塊。
      
圖 1 節水裝置示意圖
2.1 控制系統輸入模塊設計
　　對輸入量的檢測要實時準確，本系統使用浮子來檢測水位是處于高水位狀態或低水位狀態，其輸出為開關量，所以可以直接將開關量的值檢測到單片機內。對開關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量，實現電氣隔離，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量檢測進來，如圖 2 中右側電路圖所示。

圖 2 開關量輸入檢測方法比較
Fig.2 Comparing means of inspect switch input JP10 220
　　在本系統中，由于浮子的開關量的電氣干擾比較小無需使用光電耦合器件來進行電氣隔離，對輸入量的瞬間抖動可以利用軟件技術來實現準確的檢測，如可在檢測輸入量時做一下延時，所以在本系統中采用第二種方案。
　　2.2 輸出控制單元設計
　　在本系統中，輸出控制主要是控制電機的停轉來控制水位，使各個水箱的水位保持在一定的允許的變化范圍內，不允許水箱內水位過低以至干涸，也不允許水箱內水位過高以至無法向水箱內充水造成水浪費。
由于單片機系統是弱電系統，而電機回路是強電系統，這就需要解決弱電控制強電的問題，要實現弱電與強電的隔離，所以利用繼電器控制電機，實現強弱電的隔離，這樣就不會造成強電系統對弱電系統的沖擊使系統不穩定。如圖3 所示。

圖3 電機驅動控制電路
Fig.3 Circuit of engine drive controlling
　　由圖3 可知，當單片機輸出高電平時，使三極管處于飽和導通狀態，繼電器線圈得電吸合開關觸點接通強電回路，使電機回路導通；當單片機輸出低電平時，三極管處于截至斷開狀態，線圈失電，通過反向續流二極管反向續流放電，開關觸點斷開，強電回路斷開，電機停轉。這樣就實現了對電機的控制。
　　2.3 狀態顯示及數碼顯示單元
　　狀態顯示功能，使用發光二極管來指示系統所處的狀態，驅動發光二極管采用灌電流的方式，通過程序控制相應的端口來控制發光二極管的亮滅。數碼管顯示單元，主要是用于顯示流量總計，統計所處理廢水的總量。我們采用四位數碼管來顯示流量總計。如圖 4 所示。

圖 4 數碼管顯示單元
Fig.4 Numeral display cell
在本系統中，我們采用共陽極數碼管，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碼管的顯示，對數碼管顯示的控制采用循環掃描的動態方式顯示。
　　至此，系統的各個功能模塊基本完成，那么系統的總體設計功能圖如圖5 所示。

圖 5 系統總體功能模塊圖
Fig.5 Collectivity module of system function
　　系統主要由單片機擴展若干外圍不同功能的模塊，來構成一個單片機控制系統。本系統主要由輸入模塊，輸出控制電機模塊，狀態顯示模塊及數碼顯示流量模塊。
　　3 系統調試與結論
　　本系統通過仿真調試及在現場的調試測試，能夠很好的控制系統正常運轉，對于浮子開關量的檢測快速準確，對電機的停轉的控制迅速可靠，能夠比較準確的顯示所處理的廢水的總量，系統各種狀態的指示實時準確，能夠很好的滿足系統控制要求。