强磁水处理仪设计

   摘要：系统采用单片机控制，由键盘电路、A／D转换器、单片机、液晶显示器、时间电路和驱动电路等组成。根据系统要求，对键盘接口、时间电路接口、液晶显示电路接口、单片机选择、A／D转换器接口和驱动电路的设计作了较详细的介绍，并对电路的工作原理进行了阐述。
关键词：单片机：液晶显示器；时间电路；A／D转换器

0 引言
    强磁水处理仪是吸收了国内外同类产品的优点研发而成的。该产品中心磁场强，对外界磁干扰小，对水的处理效果明显，是结构新颖独特的新一代最理想的防垢、除垢、杀菌、灭藻、防腐、防锈的水处理产品。可广泛运用于中央空调水循环系统，热交换系统，工业冷却水系统，家庭及公共建筑供暖供水管道，循环冷却系统，特种水产养殖场水质稳定等。

1 强磁水处理仪的控制要求
    (1)对两个模拟信号进行采集：1个温度，(NTC电阻信号)1个压差(或两个压力，0～10 V或4～20 MA信号)。
    (2)有四个输出控制点：4个开关输出(继电器，两个开关一组)。
    (3)控制要求：实测压差值与设定压差值比较，超过设定压差值时，关闭1号开关，同时打开2号开关，延时30秒，打开1号，关闭2号；如此往复，系统带实时时钟。
    (4)显示要求：液晶文本显示，显示测量温度、压差、设定压差、分别显示两组开关的状态，显示实时时钟。
    (5)设计一组键盘：对温度、压力、日期和时间等的初值等进行设定。

2 系统设计
2．1 系统框图
    根据系统要求，设计了如图1所示硬件系统，系统由10部分组成。各部分的作用如下：

2．1．1 键盘电路
    对系统进行各种参数的设置和对系统进行控制。
2．1．2 时间电路
    产生系统的日期和时间，如产生年、月、日、时、分、秒，并对这些参数进行存储。
2．1．3 单片机
    是系统的核心，用它对系统各部分进行管理控制。
2．1．4 电源电路
    对220 V交流电压进行变压、稳压。产生系统所需的各种电压。
2．1．5 显示电路
    用来显示系统的工作情况，如温度、压力、日期和时间。
2．1．6 A／D转换电路
    将温度和压力传感器检测到的模拟电压转换成数字量输入单片机。
2．1．7 温度传感器
    将测试点温度的变化转换成模拟电压送A／D转换器。
2．1．8 压力传感器
    将测试点压力的变化转换成模拟电压送A／D转换器。
2．1．9 驱动电路
    将单片机输出的控制信号变成执行机构所需功率的驱动信号送执行机构。
2．1．10 执行机构
    在驱动信号的作用下，完成最终任务的执行。

2．2 系统电路设计
    根据系统要求和系统框图1进行了电路的详细设计，下面就各电路芯片的选择和电路设计作一介绍，电路原理图如图2所示。

2．2．1 键盘电路设计
    该部分的功能是对系统进行各种参数的设置和对系统进行控制。参数设置主要包括对温度、压力的值进行设定，另一就是对日期和时间进行设置。控制主要包括如启动、停止和各种参数的选择等。由于系统要求功能不多，所以共设置了8个键，这8个键与单片机的P20～P27相连，由于单片机的引脚目前还够用，所以采用最简单的连接方式。
2．2．2 时间电路
    系统要求显示日期和时间，单片机虽然可以产生系统的日期和时间，一但系统关机后，日期和时间将无法统计，所以选择了时间电路DS1302。此电路可自动对日期和时间进行统计，如产生年、月、日、时、分、秒，并对这些参数进行存储。当需要显示日期和时间时，单片机直接从DS1302读取，经处理后送液晶显示器。
2．2．3 单片机的选择
    单片机是系统的核心部分，用它对系统各部分进行管理控制。根据系统要求选择了AT89C52，AT89C52有4个8位的并口，8 kB闪存等，完全可以满足系统要求。单片机与其它各部分的连接全部采用直接连接方式，这样可使系统具有结构简单，使用器件少，成本低等优点。
2．2．4 电源电路设计
    电源电路采用变压器对220 V交流变压，变成10 V经整流器整流滤波，供继电器使用，再经三端稳压器稳压后产生+5 V后供单片机和其它需+5 V的电路使用。+5 V的另一路就是对可充电电池充电，供DS1302使用。
2．2．5 显示电路设计
    由于系统要求显示汉字，行数为4行。所以选择了OCMJ4XSC-8点阵式液晶屏，其内部有显示RAM，字型产生器，内置2M位中文字型ROM，总共提供8192中文字型(16×16点阵)，16 k位半宽字型ROM，总共提供126个(16×8点阵)，点阵数为128×64，共可显示4行，每行8个汉字。单片机通过P0口与OCMJ4XSC-8传输信息，用P1口的对应位传输控制信号。我们用此显示屏来显示系统的工作情况，如设置温度、压力，实测温度和压力，日期和时间等。
2．2．6 A／D转换电路设计
    要求能对两路模拟电压进行转换，将温度和压力传感器检测到的模拟电压转换成数字量输入单片机。这里选用了8路模数转换器ADC08 09，电路通过P0口输入数据，通过P15、P16和P17对其进行控制。
2．2．7 温度传感器选择
    对容器内的水温进行测试，将测试点水的温度转换成0～5 V电压送A／D转换器。供单片机分析判断，当水的温度低于最低设定值时，启动加温电路给容器内加温，当水温高于最高设定值时，停止加温电路加温。
2．2．8 压力传感器选择
    对容器内的水压进行测试，将测试点水的压力转换成0～5 V电压送A／D转换器。供单片机分析判断，当水位低于最低设定值时，启动给水电路给容器内加水，当水位高于最高设定值时，停止供水。
2．2．9 驱动电路设计
    其驱动电路的作用是将单片机输出的控制信号变成执行机构所需功率的驱动信号送执行机构。由于被控对象要求采用220 V交流电，因此采用了分立元件和继电器电路，由单片机的P33、P34、P35和P36共四路输出，经三极管驱动后使继电器吸合，接通220 V给执行机构供电。
2．2．10 执行机构
    图中末画出此部分电路图，单片机经驱动电路转换将TTL电平转换成220 V交流电压，送到相应的执行机构，如加水的电磁阀，加温的电热管等，完成最终任务的执行。

3 结论
    根据用户的要求设计了以上电路，此电路采用了较先进的单片机、点阵式液晶显示器和时间电路等，电路结构简单。电路经组装、调试和运行，电路工作稳定可靠，完全符合设计要求。