1、廢水再利用裝置水位檢測系統設計韓少博 柳理定 羅納德（西安文理學院物理與機械電子工程學院，陜西 西安 710065）摘要：廢水再利用裝置主要應用于家庭，收集生活中排出的污水集中進行過濾去除雜質，再將凈化后的水存儲到水箱再次使用。本文主要針對該裝置的儲水量設計了一種水位檢測系統，采用STC89C52單片機作為電路核心，由水位檢測模塊，液晶模塊，語音模塊和計時模塊組成。詳細介紹了該系統的硬件搭建和軟件調試，通過進一步實驗證明系統在實際運行中穩定可靠，具有高效率和高精度等優勢。關鍵詞：廢水再利用；單片機；PLC；自動控制1 引言水位檢測系統是廢水再利用裝置的關鍵，直接關系到該裝置能否實現完全智能化控

2、制。傳統的水位檢測系統不注重人機之間的交互，存在穩定性和可靠性較差，不易調試的缺點。相比較而言，數字化測量性能穩定，調試方便，不但可以將水量信息通過語音和液晶顯示反饋給用戶，對儲水時間進行計時，還控制閥門排水和水泵抽水，使整個廢水收集凈化過程自動運行。2 硬件設計水位檢測系統以51單片機為控制核心，由水位傳感器測出水位模擬量，經ADC0804轉換為數字量后送入單片機，通過分析信號確定水位數值，驅動相應模塊工作。水位檢測系統硬件分為四個模塊：水位檢測模塊；液晶顯示模塊；計時模塊；語音提示模塊。其結構框圖如圖1所示。 圖1 水位檢測系統硬件結構框圖2.1 水位檢測模塊水位檢測模塊傳感器采用電容式傳

3、感器，電容器兩電極的覆蓋面積隨被測液體液位的變化而變化，引起對應電容量變化而進行液位測量。由于傳感器輸出的電壓一般在030mv之間，不易測量，所以要用到放大電路。放大電路輸出模擬量，將其送入ADC0804轉換成數字量，把信號送入單片機，經處理判斷，輸出信號送入液晶模塊或PLC控制器，工作過程如圖2所示。圖2 水位檢測模塊結構框圖2.2 液晶模塊和語音模塊液晶模塊實時顯示水箱的水位和計時模塊的計時時間，方便用戶了解當前的水量情況和儲水時間。選用LCD1602液晶顯示芯片，功耗低、體積小、顯示內容豐富。語音模塊是在水位檢測模塊檢測到水箱里的水量不足和水滿時開始提示。當水位到達高位和低位時它開始播放

4、提前錄制好的提示語音，提醒用戶系統的運行狀態。語音模塊核心控制芯片是語音芯片1760，芯片內部包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅動線路、振蕩器與內存等整合的系統功能。，可使用按鍵開關錄取所需語音信息，然后找到每段語音首末地址，通過程序調用不同語音首末地址，來讀取不同語音信息。2.3 計時模塊計時模塊對水箱中凈化后的水的存放時間進行計時。因經凈化后的水存儲在水箱中，當放置時間過長時會產生雜質，使凈化后的水再次受到污染。此處設置計時時間為三天。水箱水位達到高位時，計時模塊開始計時，到達指定時間后由單片機給可編程控制器一個電信號，由可編程控制器來控制電磁閥打開排出廢水。計時模塊的核心是D

5、S1302，其原理圖如圖3所示。圖3 計時模塊原理圖3 軟件設計水位檢測系統的軟件部分是根據各電路模塊的關系，利用51單片機軟件開發工具Keil C51，對系統功能進行開發。整體采用模塊化結構，將系統功能模塊化，根據硬件電路和各模塊主要作用對各模塊功能進行編程，經過對各模塊進行單獨調試后，使達到各自的設計要求，然后編寫主程序，調用各子模塊程序，實現主程序對各子程序的分時調用。并對系統總程序進行調試，達到設計要求，最終形成系統軟件。系統上電后單片機首先要進行程序初始化，調用水位檢測模塊和液晶顯示模塊的子程序，通過水位檢測模塊的輸入值計算出當前的液位值，液晶模塊實時顯示當前液位值。判斷液位值是否超

6、出了水位上（180mm）、下(20mm)警戒位。如果超出水位上限，單片機調用語音子程序，語音播放“水位已超警戒位”提示音，并給PLC控制系統一個水箱水滿低脈沖信號；如果不足水位下限，單片機調用語音子程序，語音播放“水量不足”提示音，并且給PLC控制系統一個水箱水量不足低脈沖信號。系統主程序流程圖如圖4所示。圖4 水位檢測系統主程序流程圖當系統檢測到儲水箱水滿時，單片機調用計時模塊開始對儲水時間計時，當水存放時間已滿3天，主程序調用語音程序播放“計時已滿三天，排出儲水”提示音，單片機給PLC控制系統一個計時已滿低脈沖信號驅動相應電磁閥打開排除廢水，計時程序初始化。計時模塊流程圖如圖5所示。 圖5

7、 實時計時子程序流程圖4 結論通過對水位檢測系統與整個廢水再利用裝置的調試，能夠實現整個裝置的自動化運行。在自動控制中，水位檢測系統根據檢測到的外部傳感器的狀態驅動語音模塊、液晶模塊和計時模塊，對PLC進行啟停控制，使水泵和各個電磁閥準確穩定工作，從而使整個廢水再利用過程自動化運行，并且將凈化的水量情況通過語音模塊和液晶模塊通知用戶。圖6所示為儲水箱的液位值和水滿時計時模塊的實時計時值，當液位值低于20mm或高于180mm時，語音模塊進行高低水位的提示。圖6 數字測量顯示圖實驗證明該水位檢測系統具有數字顯示、語音提示、運行穩定、自動測量、高精度和低成本的優點，因此具有較高的使用價值和良好的市場前景。參考文獻：1戴佳，戴衛恒，劉博文.51單片機C語言應用程序設計M.北京：電子工業出版社，2008.122 單成祥.傳感器的理論與設計基礎及其應用M.北京：國防工業出版社，1999.83 william kleitz著編.陶國彬，趙玉峰 譯.數字電子技術 北京：科學出版社，2007.124張毅剛 著譯.單片機原理及應用M.高等教育出版社，