智能多功能净水器的硬件设计

智能多功能净水器的硬件设计

罗冠华

身份证号码：440681198503010016

摘要：作为一种有家庭电器，设计整个净水器系统核心的问题是实现和操作控制智能化的多功能净水器系统的功能。在减小功耗与操作性和智能化等对净水器硬件进行设计，而系统各部分的驱动控制则由89C51单片机来完成。本文主要对智能多功能净水器的硬件设计进行了详细的分析论述。

关键词：智能化；净水器；AT89C51单片机

引言

净水器可以有效地解决日常生活中的关于水质污染的问题。要保证净水器功能的正常发挥，就要保证其硬件的设计一定要符合标准要求。作为净水器整个系统设计的核心，硬件的设计直接关乎净水器的生存。而硬件设计主要包括：冲洗动作电磁阀的显示、驱动以及外部功能的按键扫描的驱动和时钟的功能部分。

1.净水器的概述

净水器作为一种小型水处理设备，是根据满足水使用的要求而对水质深度进行净化处理的。所谓的净水器通常是是指在用于家庭生活中的小型过滤器，也叫过滤器或净水机。

净水器根据不同的净化原理和工艺，可以分很多种类。其中RO反渗透技术过滤精度最高（过滤精度在0.0001微米），由于反渗透膜的孔径只有头发丝直径的十万分之一，只允许水分子和溶解氧通过，对水中所有含的杂质如农药、细菌、病毒、重金属等有害物质几乎全部被截留排除。除了反渗透技术还有很多其他过滤技术：纳滤（过滤精度在0.001-0.0001微米之间）、超滤膜（过滤精度在0.1-0.01微米之间）、精滤（过滤精度在0.1微米以下，如陶瓷过滤、PP棉过滤等）。

净水器中PP棉可有效滤除水中的铁锈、砂石、胶体以及直径大于5微米的一切杂质，颗粒活性碳滤芯有超强的吸附力，可以有效的吸附水中余氯、嗅味、异色、农药等化学药剂；精密活性碳滤芯，可有效去除水中的细菌、毒素、重金属等。深度净水技术在饮用水领域的应用，使得“水土不服”的现象会很快成为历史，有效地解决了很多地方由于地下水中有害矿物质超标而造成的地方性疾病。

2.净水器的工作原理

2.1过滤的功能

2.1.1净化

能有效滤除水中泥沙、铁锈、重金属及余氯等，同时去除水中异色、异味、细菌、病毒等，可以达到直接饮用。

2.1.2矿化

使水中含有多种人体所需的矿物质和微量元量，保持体内营养平衡。

2.1.3磁化

使小分子团水更加稳定、排列有序并具有信息记忆功能，增加大量可被人体吸收的氧气。

2.1.4活化

能改变水分子结构，使大分子团水变成六角小分子团水，也叫细胞水，可以迅速与细胞内部及其周围的分子团相互作用，将营养物质输入细胞内部，并把有毒物质带出。提高氧气含量2.7倍，可抑制微生物的繁殖，具有很好的抑菌效果。具有超低的氧化/还原电位（-150mv—-350mv），有效地消除体内的自由基，延缓人体衰老。

2.1.5弱碱化

调节水的PH值，使其呈弱碱性，平衡人体细胞液体的酸碱度，改善人体健康。（据调查，70%的疾病都发生在酸性体质的人身上，而85%的痛风、高血压、癌症、高血脂患者，都是酸性体质。因此，医学专家提出人体的酸性化是“百病之源”）。

2.2滤芯的功能

2.2.1永电性

作为纳米活力子具有两个重要的物理性质，即热电性和压电性，它对于外界温度和压力的微小变化十分敏感，活力子都会将这些细微变化的热能和动能转化为电能，所以纳米活力子具有永电性。纳米活力子的“永电性”能调节水的PH值和电导率，使水向弱碱性偏，能打断水分子链而形成小分子团水。

2.2.2远红外线效应

纳米活力子可以发射8—15微米的远红外线，而这段波长的远红外线被称为生命之光，万物的复苏和凋零都和这段波长的远红外线有关。它能和皮肤、血液产生共振，从而达到促进血液循环，调整人体微循环，使皮肤的毛孔扩张，进而使皮肤更好的吸进营养，排出毒素，增加新陈代谢。

2.2.3高品质纤维滤芯

直接将悬浮物、铁锈及各种细微污染物、毛发等微小杂质去除。

2.2.4微晶碳复合快速流体递降分解：进一步清除水体中的残余的重金属、有机物、亚硝酸盐、硫化氢、余氯及氯仿物。

2.2.5高科技高能纳米生化陶瓷

当水流经高能生化陶瓷时，在磁共振（NMR）的作用下，原本紊乱庞大的水分子键产生断裂，形成充满活力的小分子团水，水的极性重新排列组合，同时高能生化陶瓷还赋予小分子团水以高能电荷。这种状态的水，分子间排列整齐、内聚力强，分子间吸附力小，蕴含高效能量，最接近人体细胞水。

3.关于硬件的设计

3.1电磁阀驱动的电路

3.1.1马达驱动芯片LG9110

LG9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过800mA的持续电流，峰值电流能力可达1.5A；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。

3.2显示驱动的电路

3.2.1数码管驱动及键盘扫描芯片CH451

CH451是一个多功能的外围芯片，包含三个功能：数码管显示驱动、键盘扫描控制、μP监控，三个功能之间的相互独立。

3.2.2点亮指示灯

运行指示灯功能见表1。六个运行指示灯的控制与显示芯片控制一样，六个发光二极管的管脚与LEDJM-S03491A数码管的其中六个引脚都连接到CH451的段驱动和字驱动引脚上，按CH451显示驱动命令进行控制，其中L1、L2、L3共用一条控制线DIG4，L4、L4、L6共用一条控制线DIG5。若需要点亮某一个指示灯则，按照引脚的连接给出命令即可，如图3所示。

3.2.3功能指示电路

功能指示灯ML1、ML2直接与单片机引脚连接，运行和过滤时ML1点亮，反冲时ML2和ML4点亮，正冲时ML1和ML3点亮，直通时ML2点亮。

由于若ML3和ML4这两个指示灯同时点亮耗电会增加，同时也降低了可靠性。所以电路设计时要保证这两个指示灯不会被同时点亮。要想点亮ML3或ML4，需要使ML3或ML4上部的连接点为高电平，我们把它分别定义M和N，并用A和B分别代替P3.4和P3.5引脚。

3.2.4时钟电路

DS1302实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。对于小于31天的月份，月末的日期自动进行调整，还包括了闰年校正的功能。时钟的运行可以采用24h或带AM（上午）/PM（下午）的12h格式。

4.结语

在净水器硬件设计过程中，要充分发挥其显著的优势，例如功耗小、方便灵活的操作、良好的稳定性能、自动化和智能化的程度比较好等。通过设置时间、冲洗的时间和正反冲的时间有效减少了人为操作的次数，而且在正常运行的状态下，反冲、正冲和旁通等的操作也可以人为地进行。这就是智能多功能净水器的硬件设计带来的好处。

参考文献：

[1]方彦军.智能仪器技术及其应用[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2]孙进生.电子产品设计实例教程[M].北京：冶金工业出版社，2012.

[3]张毅刚.MCS-51单片机原理及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2012.