基于单片机的生活废（污）水处理系统设计

1  引言

    中国是全球人均水资源最贫乏的国家之一，然而在我国，水资源短缺与严重浪费现象长期并存。未来 15 年是我国建设节水型社会的关键时期，国五部委联合发布的《中国节水技术政策大纲》中，对建设节水型社会的规划之一是推广先进实用的节水技术。

    学生公寓盥洗室生活用水量大，水池的排水方式普遍为直排式，使具有再次利用价值的生活废水被排入下水道，造成水资源的浪费。本课题设计的是生活废水二次利用装置的控制系统，这一系统地完成有利于推进节水技术的推广，用单片机控制废水处理的设备，从而实现现场的自动化控制。

2  系统总体设计

   系统节水装置如图 1 所示，本生活废水处理控制系统主要分为以下几个模块，通过检测浮子开关量来检测水位，如图中的 K1,K2,K3，分别检测过滤水箱，净水箱，储水箱的水位，即输入单元模块，此模块主要用于为控制器提供各输入量的逻辑组合值；驱动电气箱内的电机停转以控制水位的输出控制单元模块；及状态显示，声光报警，数码显示流量总计和手动自动控制切换单元模块。

图 1 节水装置示意图

2.1  控制系统输入模块设计

    对输入量的检测要实时准确，本系统使用浮子来检测水位是处于高水位状态或低水位状态，其输出为开关量，所以可以直接将开关量的值检测到单片机内。对开关输入量的检测主要有以下两种典型的方案：一是通过光电耦合器件检测开关量，实现电气隔离，这样处理可以使输入端的波动不至于影响控制电路的正常工作，如图 2  中左侧电路图所示，另一种方案是直接检测，通过简单的电路将开关量检测进来，如图 2  中右侧电路图所示。

图 2 开关量输入检测方法比较

2.2  输出控制单元设计

    在本系统中，输出控制主要是控制电机的停转来控制水位，使各个水箱的水位保持在一定的允许的变化范围内，不允许水箱内水位过低以至干涸，也不允许水箱内水位过高以至无法向水箱内充水造成水浪费。

    由于单片机系统是弱电系统，而电机回路是强电系统，这就需要解决弱电控制强电的问题，要实现弱电与强电的隔离，所以利用继电器控制电机，实现强弱电的隔离，这样就不会造成强电系统对弱电系统的冲击使系统不稳定。如图3 所示。

图3   电机驱动控制电路

    由图3 可知，当单片机输出高电平时，使三极管处于饱和导通状态，继电器线圈得电吸合开关触点接通强电回路，使电机回路导通；当单片机输出低电平时，三极管处于截至断开状态，线圈失电，通过反向续流二极管反向续流放电，开关触点断开，强电回路断开，电机停转。这样就实现了对电机的控制。

2.3  状态显示及数码显示单元

    状态显示功能，使用发光二极管来指示系统所处的状态，驱动发光二极管采用灌电流的方式，通过程序控制相应的端口来控制发光二极管的亮灭。数码管显示单元，主要是用于显示流量总计，统计所处理废水的总量。我们采用四位数码管来显示流量总计。如图 4 所示。

图 4 数码管显示单元

    在本系统中，我们采用共阳极数码管，通过三极管来控制其通断，因为 74LS47    具有译码功能，所以利用此芯片来控制数码管的显示，对数码管显示的控制采用循环扫描的动态方式显示。
至此，系统的各个功能模块基本完成，那么系统的总体设计功能图如图5 所示。

图 5  系统总体功能模块图

    系统主要由单片机扩展若干外围不同功能的模块，来构成一个单片机控制系统。本系统主要由输入模块，输出控制电机模块，状态显示模块及数码显示流量模块。

3  系统调试与结论

    本系统通过仿真调试及在现场的调试测试，能够很好的控制系统正常运转，对于浮子开关量的检测快速准确，对电机的停转的控制迅速可靠，能够比较准确的显示所处理的废水的总量，系统各种状态的指示实时准确，能够很好的满足系统控制要求。