全自动软水器控制板硬件电路设计
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【摘 要】本文介绍了全自动软水器主要功能，和以单片机及LCD显示技术为核心的全自动软水器控制板硬件方案。设计了具有自动化程度高、人机交互界面友好、功能多样、多台软水器可以成系统运行的新型全自动软水器控制板。
【关键词】全自动软水器；控制板；复位凸轮；再生
0 引言
传统的软水器控制系统主要由机械阀体、时间继电器、交流接触器、电机等构成，软水器各个时间继电器定时时间到，电机通过丝杠带动机械阀芯转动，机械阀体内部实现水路切换。所以传统软水器控制板系统体积大，结构复杂，自动化程度低，功能单一。因此在国内外现有技术的基础上，取长补短，开发出功能更多，更先进的新型软水器全自动控制装置，不仅可以进一步提高软水处理系统的技术水平，也可以改造部分现有软水处理设备，对节能减排具有重要意义。随着水处理系统规模的不断增大，有时需要多台软水器同时工作，组成一个大的系统，多台软水器之间协调工作，增加了软水处理系统的容量和可靠性。
1 控制板主要功能
1.1 可设置三种再生流向
1）顺流，即同向水流，工作时水流向下流过树脂。再生时，盐水同样向下流过树脂。
2）逆流先吸盐，即反向水流，工作水流向下，流过树脂。而盐水流向相反，从底部树脂向上，吸盐为再生第一步。
3）逆流先注水，即反向水流，工作水流向下，流过树脂。而盐水流向相反，从底部树脂向上，注水为再生第一步。
1.2 可设置三种再生模式
时间型再生，以时间启动再生；流量即时型再生，以流量启动再生；流量延时型再生，以流量和时间启动再生。以上流量即时型和流量延时型均可以实现以时间型同时起作用，实现混合再生功能。
1.3 可控制单活塞或双活塞的阀
与单活塞不同的是双活塞在进入再生流程前，进行副阀位置切换，再生完成后将副阀切换至原来位置，然后再进入产水位置。
1.4 可组成不同类型系统[1]，见表1。
1）互锁系统：该系统可接2-4个阀，每个阀带有一个流量计，系统运行中只允许一个处于在阶段。
2）顺序系统：该系统可接2-4个阀，整个系统只带有一个流量计，流量计必须接在主阀上，其余阀只显示主阀流量记录，主阀进入再生，其余等待。当主阀再生结束，其余阀依次再生。
3）一备一用：该类型只有2个阀，整个系统只带有一个流量计，流量计必须接在主阀上，主阀产水，副阀在备用状态。主阀先再生时，副阀变为产水状态，依次交替。
4）一备多用：该系统可接2-4个阀，每个阀带有一个流量计，同时运行，系统中最后一个阀备用，系统工作阀再生时，备用阀变为产水状态，工作阀再生完毕后进入备用状态。
1.5 可控继电器输出
可设置继电器开始闭合时间和断开时间，也可设置流过多少流量后继电器闭合，经过设置闭合时间后断开。此项功能可以方便用户通过继电器自动控制外部电磁阀或者水泵，完成辅助工作。
1.6 远程开关
用户可以用电缆将其引至远处控制设备，可以利用此远程开关实现更复杂应用。
2 控制板硬件设计
软水器全自动控制板原理框图见[1]。
图1
控制板主控心片采用单片机STC11F48EX[2]单片机，该单片机1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍，电压范围宽，字节片内RAM数据存储器超强抗干扰，超强抗静电，整机可轻松过2万伏静电测试，兼容的全双工异步串行口（UART），可当2个串口使用，以上特点可以满足本控制板的要求。
实时时钟采用PCF8563[3]，该芯片是低功耗的CMOS实时时钟日历芯片它提供一个可编程时钟，输出一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递最大总线速度为400Kbits/s。如图1所示。
图2
图3 图4
上阀和下阀电机采用继电器控制电机的旋转，如图2所示。凸轮位置采用微动开关进行检测，如图3所示。凸轮位置也就是机械阀的位置，即：产水位、吸盐与慢洗位、反洗位、快洗位、注水位和暂停位。控制板共检测两个微动开关的状态，即复位凸轮微动开关和步进凸轮微动开关，复位凸轮和步进凸轮与电机联动。复位凸轮只有一个凹槽，微动开关处于凹糟时断开，其余部分则总是闭合，因此复位凸轮作用是确定一个准确的参考位置，该位置为产水位。步进凸轮则在产水位、吸盐&慢洗位、反洗位、快洗位、注水位和暂停位每个位置都有凹糟。因此结合复位凸轮，控制板通过控制电机转动以及微动开关通断转换成的高低电平信号就可以准确找到机械阀每一个工作位置。
控制板通讯接口采用RS-485总线方式[4]，RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。确保控制板组成组成系统工作时数据传输可靠。保证系统的工作稳定性。总线收发器采用MAX487芯片，单片机通过全双工异步串行口（UART）与MAX487芯片连接。如图4所示。
单片机将控制板的出厂参数和用户设置的一些工作参数，存储在外部EEPROM存储器中，上电时单片机读取用户已经设置好的工作参数或者通过键盘操作恢复出厂设置。为保证控制板意外掉电重启后能继续工作，单片机实时检测供电状态，当检测掉电时，将控制板当前的工作状态和工作模式立即存储到外部EEPROM存储器中。再次上电后读取以上信息，恢复至掉电前的工作状态，可防止掉电后运行步骤错乱造成设备出水不达标。
3 结束语
控制板集成了当前所有的再生流向和再生类型，自动化程度高，完全实现水处理的各个环节的自动转换。控制板采用按键输入，LCD显示，可根据需要自行调整运行周期和时间，操作可采用自动或手动。可以使水处理高效率低能耗的连续工作，设备运转快，使用率高，产水经济合理。
【参考文献】
[1]张瑞娟，张红兵.全自动软水器控制板设计[J].电子世界，2013（12）：119.
[2]宏晶科技.STC11/10XX系列单片机器件手册[EB/OL].http：//，2010，04.
[3]NXP Semiconductors. PCF8563 Real-time clock/calendar Product data sheet[EB/OL].http：//，2008，03.
[4]求实科技.单片机控制技术与工程实践[M].北京：人民邮电出版社，2005.
基金项目：淮安市科技支撑计划项目（HAGZ2011013）研究成果。
作者简介：张瑞娟（1981.06―），女，山东聊城人，工学硕士，讲师，主要从事电子通讯、信号信息处理方面的研究。