二次水智能分流過濾系統研究

郭鶴，趙濤

（鄭州科技學院 機械工程學院，河南 鄭州 450064）

家庭生活廢水分為兩類，一類為重度污染的廢水，這類廢水需經過深度過濾和處理才能再次利用；另一類為輕度污染的廢水，只需經過簡單的物理過濾便可重復利用。為了提高廢水的利用效率，有效地將重度污染的家庭生活廢水與輕度污染的廢水進行智能分流并分別處理具有十分重要的意義。本設計以AVR單片機為核心，結合傳感器模塊和繼電器模塊，提出了一種二次水智能分流過濾系統，該系統能夠實時檢測水質并對廢水進行合理分流過濾。實驗證明，該系統能夠用于實際中。

1 設計要求

二次水智能過濾系統集廢水分流和廢水過濾于一體，能夠自動將家庭生活用水的污染情況分為輕、重兩個級別，并對不同污染程度的水進行分流，最終分別過濾。在工作過程中要求實時監視水位情況，若水位超出范圍，則將廢水自動排出，使水位位于規定范圍內；同時能夠實時顯示水位及水質狀態，便于人工檢查。整個過程無需人工管理，不僅節省了勞動力，還避免了人工分流可能出現分流錯誤等問題，且全智能的工作模式大大提高了廢水二次利用效率。

2 硬件設計

根據設計要求設計系統硬件電路。本設計硬件包括AVR Atmega系列單片機最小系統、LCD顯示模塊、繼電器模塊、水位傳感器模塊、濁度傳感器模塊和抽水泵。其中，AVR是整個系統的核心控制器；LCD顯示模塊可實時顯示水位值和濁度值；繼電器為常開設置，分為三路，由AVR單片機控制各個繼電器通斷，繼電器與抽水泵電路串聯，以控制泵的啟停，水位和濁度傳感器用于檢測水位和水質情況。設計系統原理圖如圖1所示。

3 控制策略

系統通過濁度傳感器檢測廢水水質，并形成電壓信號。該信號經過模數轉換后傳送給單片機，單片機對水質信息進行分析，將其分為重度污染和輕度污染兩個級別，根據廢水的不同級別控制兩路繼電器的通斷，從而控制兩路泵工作，最終達到廢水分流并過濾的目的。

同時，水位傳感器向單片機發送水位信息，若水位超出范圍，單片機將閉合排水控制繼電器，從而啟動排水泵，直到水位處于安全范圍。在系統工作過程中，LCD顯示屏實時顯示水質與水位。

圖1 設計系統原理圖

圖2 主程序流程圖

圖3 實物模型圖

4 軟件設計

系統軟件主程序流程如圖2所示。系統控制核心為AVR單片機，單片機首先讀取水位信息并用if指令判斷水位高低，若高于給定值，則通過p0.0引腳控制排水繼電器閉合，從而啟動排水泵進行排水。在排水過程中，單片機仍繼續監測水位狀態，直至水位處于安全范圍，則斷開排水繼電器。接著開始讀取水濁度信息，采用switch-case指令將濁度分為兩種情況，若水為重度污染，則閉合重度污染繼電器，斷開輕度污染繼電器，從而開啟重度污染抽水泵，將水流入重度污染管路過濾，并流入指定水箱；若水為輕度污染，則閉合輕度污染繼電器，斷開重度污染繼電器，從而開啟輕度污染抽水泵，使水流入輕度污染管路過濾。最后，單片機驅動LCD顯示屏顯示水位與水質信息。

5 結論

根據設計理論搭建出了實物模型，如圖3所示。經實驗，該模型能夠對不同污染程度的水進行分流并過濾，LCD顯示屏能夠正確顯示水位與水質情況。事實證明，該系統能夠用于實際中。

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