【文章內(nèi)容簡介】 ，把水 中肉眼可見的雜質(zhì)進(jìn)行物理處理 。從此， 到到一定凈水的功能，而 凈水技術(shù)便開始在 各國開始 推廣， 慢慢 逐漸演變成 現(xiàn)今 的 智能家居 純水機(jī) 。 純水機(jī) 設(shè)備 設(shè)計(jì)和制造技術(shù)引進(jìn)中國相比其他國家略晚 ， 是在上個(gè)世紀(jì)末由一家德國企業(yè)與中國當(dāng)?shù)氐囊患夜具M(jìn)行合資合作 。在 90 年代中國 只能 從其它先進(jìn)國家 學(xué)習(xí) 純水機(jī) 設(shè)備的先進(jìn)高新技術(shù)，并與 很多制造技術(shù)先進(jìn)的公司 組成合資企業(yè)。 而現(xiàn)在 ，中國已是一個(gè) 技術(shù)和制造能力都具備的 國家， 從原來合資企業(yè)公司轉(zhuǎn)變成獨(dú)立的公司，在技術(shù)發(fā)展的前期，像日本這種技術(shù)先進(jìn)高新但生產(chǎn)力不足，所以將純水機(jī)產(chǎn)品和濾芯材料的生產(chǎn)和組裝放在中國，如今中國已經(jīng)成為最大的純水機(jī)的出口國 ， 就在幾年時(shí)間就超過了日本成為全世界最好的純水機(jī)出口國家 。也慢慢地 成為世界純水機(jī)制造發(fā)展最快的國家之一。 根據(jù)估測， 近年來所售出的純水機(jī) 50%是使用在普通家庭。每年的銷售額也大幅度上升，讓我國快速成長為最快使用純水機(jī)的國家。 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 該設(shè)計(jì)研究的是純水機(jī)控制電路系統(tǒng)，由于是以 傳感器電路、蜂鳴器電路、顯示電路等為主要電路進(jìn)行設(shè)計(jì) 。 設(shè)計(jì)中以傳感器電路為基礎(chǔ)，以單片機(jī)編程來控制 系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)配合軟件設(shè)計(jì)，即把系統(tǒng)所需要的各個(gè)硬件模塊的設(shè)計(jì)配合軟件設(shè)計(jì)，把硬件模塊和軟件模塊進(jìn)行聯(lián)調(diào)，得出結(jié)果。 純水機(jī)系統(tǒng)是基于 51 單片機(jī)為核心，由獨(dú)立電源供電 電路 模塊、數(shù)碼管顯示 電路 模塊、按鍵 電路 模塊、蜂鳴器報(bào)警 電路 模塊、繼電器驅(qū)動(dòng) 電路 模塊等模塊組成。把所需的模塊按照設(shè)計(jì)方案連接在一起，利 用 Proteus 仿 真軟件，仿真實(shí)際運(yùn)行結(jié)果。 3 2 設(shè)計(jì)思想和方案 設(shè)計(jì)思想 為了實(shí)現(xiàn)純水機(jī) 系統(tǒng)的大眾化，讓節(jié)約水資源從監(jiān)控、合理利用出發(fā)，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)和自身能力對系統(tǒng)的進(jìn)行設(shè)計(jì)。具有以下四點(diǎn)要求： (1) 系統(tǒng)操作簡單、能耗低 。 (2) 系統(tǒng)具有相應(yīng)的報(bào)警功能，提示用戶運(yùn)行中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。 (3) 具有系統(tǒng)的軟件更新升級能力。 (4) 系統(tǒng)應(yīng) 實(shí)現(xiàn)難度低、成本低等。 設(shè)計(jì)方案 隨著科技的發(fā)展，純水機(jī)系統(tǒng)技術(shù)也有了飛速的發(fā)展，出現(xiàn)了以基于單片機(jī)控制純水機(jī)系統(tǒng)和基于 PLC 控制的純水機(jī)系統(tǒng)，兩者都可實(shí)時(shí)直觀的顯示機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)，具有可靠性高、人機(jī)交互界面、遠(yuǎn)程通信監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，在運(yùn)行中可以很方便的控制，因而逐步取代傳統(tǒng)的純水機(jī)系統(tǒng)，成為當(dāng)代最主要的純水機(jī)系統(tǒng)。所以有以下兩種設(shè)計(jì)方案： 方案一：利用 PLC 對純水機(jī)進(jìn)行控制。 PLC 純水機(jī)系統(tǒng)具有可靠的運(yùn)行性能、不受外界波動(dòng)、能耗低等 特點(diǎn)。其方案包含電源、報(bào)警、測量、輸出、輸入、按鍵、電機(jī)等模塊 。 方案二：基于單片機(jī)的純水機(jī)系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)核心采用的是 AT89C52 單片機(jī)，系統(tǒng)包含電源、振蕩、復(fù)位、下載、鍵盤（獨(dú)立式按鍵）、顯示（ LED 數(shù)碼管）、模擬水位 傳感器 、 報(bào)警（蜂鳴器）、直流電機(jī)等模塊。以及相對應(yīng)的各個(gè)模塊的軟件系統(tǒng)。 【 5】 系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。 4 單 片 機(jī) 系 統(tǒng)電 源下 載 模 塊按 鍵L E D 數(shù) 碼 管電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng)蜂 鳴 器 報(bào)警傳 感 器 模 塊圖 1 系統(tǒng)框圖 結(jié)合上面兩種方案，比較 PLC 控制和單片機(jī)控制。 PLC 控制具有價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜、維護(hù)不方便且不同品種的 PLC 不能通用等，一般適用于大型系統(tǒng)。單片機(jī)控制具有 體積小，高度集成，編程方便，功耗低，使用簡單，價(jià)格低 等特點(diǎn)，被大量應(yīng)用于家用以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。通過分析對比，決定采用方案二對純水機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 5 3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主要元器件介紹 AT89C52 單片機(jī) 純水機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用 AT89C52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心。 AT89C52 單片機(jī)是 ATmel 公司生產(chǎn)制造的，采用 DIP 封裝，具有 40 個(gè)引腳，具有豐富的資源，有一個(gè) 8 位的高性能并行處理器和一個(gè)布爾處理器，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）為 256 字節(jié)，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器大小達(dá)到 8KB 字節(jié)，并采用電可擦除寫入的FlashROM 方式，方便對程序的更新。具有 4 個(gè)可進(jìn)行 8 位輸入輸出接口，一共32 位，都屬于準(zhǔn)雙向口。 【 7】 其引腳圖如圖 2 所示 . 圖 2 AT89C52 引腳圖 LED 數(shù)碼管 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光 器件 ，其基本單元是 發(fā)光二極管 。 數(shù)碼管 也稱 LED數(shù)碼管，不同行業(yè)人士對數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實(shí)都是同樣的產(chǎn)品。 數(shù)碼管按段數(shù)可分為 七段數(shù)碼管 和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè) 發(fā)光二極管 單元，也就是多一個(gè)小數(shù)點(diǎn) （ DP） 這個(gè)小數(shù)點(diǎn)可以更精確的表示數(shù)碼管想要顯示的內(nèi)容；按能顯示多少個(gè)（ 8）可分為 1 位、 2 位、 3 位、 4 位、5 位、 6 位、 7 位等數(shù)碼管。 其引腳圖如圖 3 所示。 6 圖 3 數(shù)碼管 蜂鳴器 蜂鳴器作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)警發(fā)聲部件，通過發(fā)出嘀嘀的聲音告知用戶是否運(yùn)行出錯(cuò)。 蜂鳴器按形式可以分為電磁蜂鳴器和電壓式蜂鳴器，通常在蜂鳴器的兩端加入一定的電流通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生震動(dòng)就可以使蜂鳴器發(fā)出聲音。蜂鳴器的組成一般由振膜、電磁感應(yīng)線圈組成，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，適用于各種聲音報(bào)警場合。但要注意蜂鳴器的正極不能接反。 蜂鳴器的外觀圖如圖 4 所示。 圖 4 蜂鳴器 繼電器 系統(tǒng)中繼電器通過改變直流電源的開斷來使得電機(jī)改變運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)中選擇 24V 的直流繼電器，額定電流則要 2A 以上。可選擇歐姆龍 MY2NJ，歐姆龍MY2NJ 額定電流有 5A，一共有 8 個(gè)引腳 2 組常開觸點(diǎn)和 2 組 常閉觸點(diǎn)且轉(zhuǎn)換帶電源指示燈。 繼電器 如圖 5 所 示。 7 圖 5 繼電器 硬件電路的設(shè)計(jì) AT89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 一塊單片機(jī)只有把它接入相應(yīng)的電源，相應(yīng)的晶體振蕩電路，再加入相應(yīng)的復(fù)位電路然后下載相應(yīng)的程序，通過這樣組合的單片機(jī)才能正常的按照所寫的程序要求來執(zhí)行操作。因而對于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先要對單片機(jī)的最小系統(tǒng)要進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃。 （ 1）電源電路部分： 水位監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)首先必須要對其引入穩(wěn)定的供電電壓 +5V，能讓各個(gè)模塊具有驅(qū)動(dòng)能力。為了能更方便獲取所需的電源電壓，采用專用的電源變壓器將市電降壓成所需要的 24V 交流電壓，通過濾波、整流、穩(wěn)壓、濾波給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓 +5V，詳見設(shè)計(jì)圖紙電源電路原理圖。 （ 2）單片機(jī)只有滿足相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)才能進(jìn)行工作，時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘電路產(chǎn)生，通過在 AT89C52 的 XT XT2 引腳上接入 12MHz 的石英晶振外加兩個(gè)電容器 (電容器根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取 22PF)組成的電路為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。 時(shí)鐘電路如圖 6 所示。 圖 6 時(shí)鐘電路圖 （ 3）單片機(jī)的復(fù)位有上電復(fù)位和對其進(jìn)行按鍵復(fù)位，當(dāng)出現(xiàn)死機(jī)和運(yùn)行錯(cuò) 8 誤的時(shí)候一般采用按鍵方式對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。因?yàn)橛布到y(tǒng)中采用的是AT 單片機(jī)，需要在復(fù)位管腳 RST 上產(chǎn)生兩個(gè)周期的高電平才能使單片機(jī)復(fù)位。 單片機(jī)復(fù)位信號(hào)的產(chǎn)生采用了按鍵方式的電路設(shè)計(jì)。按復(fù)位鍵通過電容（一般采用 104）對單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。 系統(tǒng)復(fù)位如圖 7 所示。 圖 7 復(fù)位電路 按鍵模塊電路 鍵盤作為系統(tǒng)的輸入設(shè)備，能對系統(tǒng)的功能進(jìn)行操作和設(shè)置，只需要 1 個(gè)獨(dú)立式鍵盤就可以滿足系統(tǒng) 的 功能的操作需求。鍵盤電路為共陰極設(shè)計(jì)，即有按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)通過掃描發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的端口有低電平即為按鍵的按下，通過消抖，做出相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。由于獨(dú)立式鍵盤的每個(gè)按鍵連接著單片機(jī)的不同端口，所以各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，不干擾。 系統(tǒng)獨(dú)立鍵盤電路如圖 8 所示。 圖 8 獨(dú)立按鍵模塊電路圖 9 蜂鳴器報(bào)警電路 蜂鳴器作為水位最高水位和低壓的聲音報(bào)警器件，它發(fā)出的聲音能讓用戶知道當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)。在系統(tǒng)中蜂鳴器的電路采用單片機(jī)的 I/O 口再加一個(gè)三極管（三極管根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一