強(qiáng)磁水處理儀設(shè)計(jì)

摘要：系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，由鍵盤電路、A／D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、液晶顯示器、時(shí)間電路和驅(qū)動電路等組成。根據(jù)系統(tǒng)要求，對鍵盤接口、時(shí)間電路接口、液晶顯示電路接口、單片機(jī)選擇、A／D轉(zhuǎn)換器接口和驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)作了較詳細(xì)的介紹，并對電路的工作原理進(jìn)行了闡述。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)：液晶顯示器；時(shí)間電路；A／D轉(zhuǎn)換器

0 引言
    強(qiáng)磁水處理儀是吸收了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)研發(fā)而成的。該產(chǎn)品中心磁場強(qiáng)，對外界磁干擾小，對水的處理效果明顯，是結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特的新一代最理想的防垢、除垢、殺菌、滅藻、防腐、防銹的水處理產(chǎn)品?？蓮V泛運(yùn)用于中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)，熱交換系統(tǒng)，工業(yè)冷卻水系統(tǒng)，家庭及公共建筑供暖供水管道，循環(huán)冷卻系統(tǒng)，特種水產(chǎn)養(yǎng)殖場水質(zhì)穩(wěn)定等。

1 強(qiáng)磁水處理儀的控制要求
    (1)對兩個(gè)模擬信號進(jìn)行采集：1個(gè)溫度，(NTC電阻信號)1個(gè)壓差(或兩個(gè)壓力，0～10 V或4～20 MA信號)。
    (2)有四個(gè)輸出控制點(diǎn)：4個(gè)開關(guān)輸出(繼電器，兩個(gè)開關(guān)一組)。
    (3)控制要求：實(shí)測壓差值與設(shè)定壓差值比較，超過設(shè)定壓差值時(shí)，關(guān)閉1號開關(guān)，同時(shí)打開2號開關(guān)，延時(shí)30秒，打開1號，關(guān)閉2號；如此往復(fù)，系統(tǒng)帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
    (4)顯示要求：液晶文本顯示，顯示測量溫度、壓差、設(shè)定壓差、分別顯示兩組開關(guān)的狀態(tài)，顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
    (5)設(shè)計(jì)一組鍵盤：對溫度、壓力、日期和時(shí)間等的初值等進(jìn)行設(shè)定。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)框圖
    根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)了如圖1所示硬件系統(tǒng)，系統(tǒng)由10部分組成。各部分的作用如下：

2．1．1 鍵盤電路
    對系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置和對系統(tǒng)進(jìn)行控制。
2．1．2 時(shí)間電路
    產(chǎn)生系統(tǒng)的日期和時(shí)間，如產(chǎn)生年、月、日、時(shí)、分、秒，并對這些參數(shù)進(jìn)行存儲。
2．1．3 單片機(jī)
    是系統(tǒng)的核心，用它對系統(tǒng)各部分進(jìn)行管理控制。
2．1．4 電源電路
    對220 V交流電壓進(jìn)行變壓、穩(wěn)壓。產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種電壓。
2．1．5 顯示電路
    用來顯示系統(tǒng)的工作情況，如溫度、壓力、日期和時(shí)間。
2．1．6 A／D轉(zhuǎn)換電路
    將溫度和壓力傳感器檢測到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入單片機(jī)。
2．1．7 溫度傳感器
    將測試點(diǎn)溫度的變化轉(zhuǎn)換成模擬電壓送A／D轉(zhuǎn)換器。
2．1．8 壓力傳感器
    將測試點(diǎn)壓力的變化轉(zhuǎn)換成模擬電壓送A／D轉(zhuǎn)換器。
2．1．9 驅(qū)動電路
    將單片機(jī)輸出的控制信號變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需功率的驅(qū)動信號送執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
2．1．10 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
    在驅(qū)動信號的作用下，完成最終任務(wù)的執(zhí)行。
2．2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
    根據(jù)系統(tǒng)要求和系統(tǒng)框圖1進(jìn)行了電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)，下面就各電路芯片的選擇和電路設(shè)計(jì)作一介紹，電路原理圖如圖2所示。

2．2．1 鍵盤電路設(shè)計(jì)
    該部分的功能是對系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置和對系統(tǒng)進(jìn)行控制。參數(shù)設(shè)置主要包括對溫度、壓力的值進(jìn)行設(shè)定，另一就是對日期和時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。控制主要包括如啟動、停止和各種參數(shù)的選擇等。由于系統(tǒng)要求功能不多，所以共設(shè)置了8個(gè)鍵，這8個(gè)鍵與單片機(jī)的P20～P27相連，由于單片機(jī)的引腳目前還夠用，所以采用最簡單的連接方式。
2．2．2 時(shí)間電路
    系統(tǒng)要求顯示日期和時(shí)間，單片機(jī)雖然可以產(chǎn)生系統(tǒng)的日期和時(shí)間，一但系統(tǒng)關(guān)機(jī)后，日期和時(shí)間將無法統(tǒng)計(jì)，所以選擇了時(shí)間電路DS1302。此電路可自動對日期和時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如產(chǎn)生年、月、日、時(shí)、分、秒，并對這些參數(shù)進(jìn)行存儲。當(dāng)需要顯示日期和時(shí)間時(shí)，單片機(jī)直接從DS1302讀取，經(jīng)處理后送液晶顯示器。
2．2．3 單片機(jī)的選擇
    單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部分，用它對系統(tǒng)各部分進(jìn)行管理控制。根據(jù)系統(tǒng)要求選擇了AT89C52，AT89C52有4個(gè)8位的并口，8 kB閃存等，完全可以滿足系統(tǒng)要求。單片機(jī)與其它各部分的連接全部采用直接連接方式，這樣可使系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，使用器件少，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
2．2．4 電源電路設(shè)計(jì)
    電源電路采用變壓器對220 V交流變壓，變成10 V經(jīng)整流器整流濾波，供繼電器使用，再經(jīng)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后產(chǎn)生+5 V后供單片機(jī)和其它需+5 V的電路使用。+5 V的另一路就是對可充電電池充電，供DS1302使用。
2．2．5 顯示電路設(shè)計(jì)
    由于系統(tǒng)要求顯示漢字，行數(shù)為4行。所以選擇了OCMJ4XSC-8點(diǎn)陣式液晶屏，其內(nèi)部有顯示RAM，字型產(chǎn)生器，內(nèi)置2M位中文字型ROM，總共提供8192中文字型(16×16點(diǎn)陣)，16 k位半寬字型ROM，總共提供126個(gè)(16×8點(diǎn)陣)，點(diǎn)陣數(shù)為128×64，共可顯示4行，每行8個(gè)漢字。單片機(jī)通過P0口與OCMJ4XSC-8傳輸信息，用P1口的對應(yīng)位傳輸控制信號。我們用此顯示屏來顯示系統(tǒng)的工作情況，如設(shè)置溫度、壓力，實(shí)測溫度和壓力，日期和時(shí)間等。
2．2．6 A／D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)
    要求能對兩路模擬電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將溫度和壓力傳感器檢測到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入單片機(jī)。這里選用了8路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC08 09，電路通過P0口輸入數(shù)據(jù)，通過P15、P16和P17對其進(jìn)行控制。
2．2．7 溫度傳感器選擇
    對容器內(nèi)的水溫進(jìn)行測試，將測試點(diǎn)水的溫度轉(zhuǎn)換成0～5 V電壓送A／D轉(zhuǎn)換器。供單片機(jī)分析判斷，當(dāng)水的溫度低于最低設(shè)定值時(shí)，啟動加溫電路給容器內(nèi)加溫，當(dāng)水溫高于最高設(shè)定值時(shí)，停止加溫電路加溫。
2．2．8 壓力傳感器選擇
    對容器內(nèi)的水壓進(jìn)行測試，將測試點(diǎn)水的壓力轉(zhuǎn)換成0～5 V電壓送A／D轉(zhuǎn)換器。供單片機(jī)分析判斷，當(dāng)水位低于最低設(shè)定值時(shí)，啟動給水電路給容器內(nèi)加水，當(dāng)水位高于最高設(shè)定值時(shí)，停止供水。
2．2．9 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)
    其驅(qū)動電路的作用是將單片機(jī)輸出的控制信號變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需功率的驅(qū)動信號送執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于被控對象要求采用220 V交流電，因此采用了分立元件和繼電器電路，由單片機(jī)的P33、P34、P35和P36共四路輸出，經(jīng)三極管驅(qū)動后使繼電器吸合，接通220 V給執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電。
2．2．10 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
    圖中末畫出此部分電路圖，單片機(jī)經(jīng)驅(qū)動電路轉(zhuǎn)換將TTL電平轉(zhuǎn)換成220 V交流電壓，送到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如加水的電磁閥，加溫的電熱管等，完成最終任務(wù)的執(zhí)行。

3 結(jié)論
    根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì)了以上電路，此電路采用了較先進(jìn)的單片機(jī)、點(diǎn)陣式液晶顯示器和時(shí)間電路等，電路結(jié)構(gòu)簡單。電路經(jīng)組裝、調(diào)試和運(yùn)行，電路工作穩(wěn)定可靠，完全符合設(shè)計(jì)要求。