智能多功能净水器的硬件设计

姚婧

摘 要：净水器是日常生活中解决水质污染常用到的电器。智能化多功能净水器系统的功能实现和操作控制是整个系统设计的核心问题，主要针对功耗、操作灵活性以及智能化等方面进行了净水器的硬件设计。通过89C51单片机来完成系统各部分驱动的控制。硬件主要有冲洗动作的电磁阀的驱动、显示和外部功能按键扫描的驱动、时钟功能部分。

关键词：智能化；净水器；AT89C51单片机。

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0001-02

1 总体设计方案

以单片机89C51为核心控制元件，控制其所组成的外围接口电路。其中时钟芯片DS1302的实时时钟/日历功能，实现了系统对时间的控制功能，包括秒、分、时、日、周、月以及年的设置；显示部分由CH451显示驱动芯片来完成，由它来驱动包括LED JM-S03491A四位显示数码管、6个LED运行指示灯和键盘在内的显示部件；电磁阀驱动芯片LG9110负责完成对电磁阀的控制驱动；4个功能指示灯利用4572芯片结合一些外部元件所组成的逻辑功能电路来实现；外接MAX813来实现看门狗的功能。硬件连接结构图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 电磁阀驱动电路

2.1.1 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800 mA的持续电流，峰值电流能力可达1.5 A；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。

2.1.2 电磁阀驱动部分电路

电磁阀驱动部分电路图如图2所示。

2.2 显示驱动电路

2.2.1 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。

2.2.2 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。

2.2.3 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。ML3和ML4的逻辑电路连接如图4所示。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。

2.2.4 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24 h或带AM（上午）/PM（下午）的12 h格式。时钟芯片连接电路图如图5所示。

3 结 语

在设计过程中，具体的包括可以进行时间的设置，可以设定正冲反冲的时刻和冲洗的时间，从而减少了多次的人为操作；在正常的运行状态下也可以人为的进行正冲、反冲以及旁通等操作；所进行的任何操作都会有相应的指示灯来显示此时的工作状态。

本次的设计相比于目前市面上的智能多功能净水器，显著的优势在于低功耗、操作灵活方便（只用到四个功能键就完成所有功能的操作）、稳定性良好、智能化和自动化程度较高等。

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，2004.

[2] 孙进生.电子产品设计实例教程[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[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，2004.

摘 要：净水器是日常生活中解决水质污染常用到的电器。智能化多功能净水器系统的功能实现和操作控制是整个系统设计的核心问题，主要针对功耗、操作灵活性以及智能化等方面进行了净水器的硬件设计。通过89C51单片机来完成系统各部分驱动的控制。硬件主要有冲洗动作的电磁阀的驱动、显示和外部功能按键扫描的驱动、时钟功能部分。

关键词：智能化；净水器；AT89C51单片机。

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0001-02

1 总体设计方案

以单片机89C51为核心控制元件，控制其所组成的外围接口电路。其中时钟芯片DS1302的实时时钟/日历功能，实现了系统对时间的控制功能，包括秒、分、时、日、周、月以及年的设置；显示部分由CH451显示驱动芯片来完成，由它来驱动包括LED JM-S03491A四位显示数码管、6个LED运行指示灯和键盘在内的显示部件；电磁阀驱动芯片LG9110负责完成对电磁阀的控制驱动；4个功能指示灯利用4572芯片结合一些外部元件所组成的逻辑功能电路来实现；外接MAX813来实现看门狗的功能。硬件连接结构图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 电磁阀驱动电路

2.1.1 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800 mA的持续电流，峰值电流能力可达1.5 A；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。

2.1.2 电磁阀驱动部分电路

电磁阀驱动部分电路图如图2所示。

2.2 显示驱动电路

2.2.1 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。

2.2.2 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。

2.2.3 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。ML3和ML4的逻辑电路连接如图4所示。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。

2.2.4 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24 h或带AM（上午）/PM（下午）的12 h格式。时钟芯片连接电路图如图5所示。

3 结 语

在设计过程中，具体的包括可以进行时间的设置，可以设定正冲反冲的时刻和冲洗的时间，从而减少了多次的人为操作；在正常的运行状态下也可以人为的进行正冲、反冲以及旁通等操作；所进行的任何操作都会有相应的指示灯来显示此时的工作状态。

本次的设计相比于目前市面上的智能多功能净水器，显著的优势在于低功耗、操作灵活方便（只用到四个功能键就完成所有功能的操作）、稳定性良好、智能化和自动化程度较高等。

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，2004.

[2] 孙进生.电子产品设计实例教程[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[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，2004.

摘 要：净水器是日常生活中解决水质污染常用到的电器。智能化多功能净水器系统的功能实现和操作控制是整个系统设计的核心问题，主要针对功耗、操作灵活性以及智能化等方面进行了净水器的硬件设计。通过89C51单片机来完成系统各部分驱动的控制。硬件主要有冲洗动作的电磁阀的驱动、显示和外部功能按键扫描的驱动、时钟功能部分。

关键词：智能化；净水器；AT89C51单片机。

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0001-02

1 总体设计方案

以单片机89C51为核心控制元件，控制其所组成的外围接口电路。其中时钟芯片DS1302的实时时钟/日历功能，实现了系统对时间的控制功能，包括秒、分、时、日、周、月以及年的设置；显示部分由CH451显示驱动芯片来完成，由它来驱动包括LED JM-S03491A四位显示数码管、6个LED运行指示灯和键盘在内的显示部件；电磁阀驱动芯片LG9110负责完成对电磁阀的控制驱动；4个功能指示灯利用4572芯片结合一些外部元件所组成的逻辑功能电路来实现；外接MAX813来实现看门狗的功能。硬件连接结构图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 电磁阀驱动电路

2.1.1 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800 mA的持续电流，峰值电流能力可达1.5 A；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。

2.1.2 电磁阀驱动部分电路

电磁阀驱动部分电路图如图2所示。

2.2 显示驱动电路

2.2.1 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。

2.2.2 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。

2.2.3 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。ML3和ML4的逻辑电路连接如图4所示。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。

2.2.4 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24 h或带AM（上午）/PM（下午）的12 h格式。时钟芯片连接电路图如图5所示。

3 结 语

在设计过程中，具体的包括可以进行时间的设置，可以设定正冲反冲的时刻和冲洗的时间，从而减少了多次的人为操作；在正常的运行状态下也可以人为的进行正冲、反冲以及旁通等操作；所进行的任何操作都会有相应的指示灯来显示此时的工作状态。

本次的设计相比于目前市面上的智能多功能净水器，显著的优势在于低功耗、操作灵活方便（只用到四个功能键就完成所有功能的操作）、稳定性良好、智能化和自动化程度较高等。

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，2004.

[2] 孙进生.电子产品设计实例教程[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[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，2004.