二次水智能分流过滤系统研究

郭鹤，赵涛

（郑州科技学院 机械工程学院，河南 郑州 450064）

家庭生活废水分为两类，一类为重度污染的废水，这类废水需经过深度过滤和处理才能再次利用；另一类为轻度污染的废水，只需经过简单的物理过滤便可重复利用。为了提高废水的利用效率，有效地将重度污染的家庭生活废水与轻度污染的废水进行智能分流并分别处理具有十分重要的意义。本设计以AVR单片机为核心，结合传感器模块和继电器模块，提出了一种二次水智能分流过滤系统，该系统能够实时检测水质并对废水进行合理分流过滤。实验证明，该系统能够用于实际中。

1 设计要求

二次水智能过滤系统集废水分流和废水过滤于一体，能够自动将家庭生活用水的污染情况分为轻、重两个级别，并对不同污染程度的水进行分流，最终分别过滤。在工作过程中要求实时监视水位情况，若水位超出范围，则将废水自动排出，使水位位于规定范围内；同时能够实时显示水位及水质状态，便于人工检查。整个过程无需人工管理，不仅节省了劳动力，还避免了人工分流可能出现分流错误等问题，且全智能的工作模式大大提高了废水二次利用效率。

2 硬件设计

根据设计要求设计系统硬件电路。本设计硬件包括AVR Atmega系列单片机最小系统、LCD显示模块、继电器模块、水位传感器模块、浊度传感器模块和抽水泵。其中，AVR是整个系统的核心控制器；LCD显示模块可实时显示水位值和浊度值；继电器为常开设置，分为三路，由AVR单片机控制各个继电器通断，继电器与抽水泵电路串联，以控制泵的启停，水位和浊度传感器用于检测水位和水质情况。设计系统原理图如图1所示。

3 控制策略

系统通过浊度传感器检测废水水质，并形成电压信号。该信号经过模数转换后传送给单片机，单片机对水质信息进行分析，将其分为重度污染和轻度污染两个级别，根据废水的不同级别控制两路继电器的通断，从而控制两路泵工作，最终达到废水分流并过滤的目的。

同时，水位传感器向单片机发送水位信息，若水位超出范围，单片机将闭合排水控制继电器，从而启动排水泵，直到水位处于安全范围。在系统工作过程中，LCD显示屏实时显示水质与水位。

图1 设计系统原理图

图2 主程序流程图

图3 实物模型图

4 软件设计

系统软件主程序流程如图2所示。系统控制核心为AVR单片机，单片机首先读取水位信息并用if指令判断水位高低，若高于给定值，则通过p0.0引脚控制排水继电器闭合，从而启动排水泵进行排水。在排水过程中，单片机仍继续监测水位状态，直至水位处于安全范围，则断开排水继电器。接着开始读取水浊度信息，采用switch-case指令将浊度分为两种情况，若水为重度污染，则闭合重度污染继电器，断开轻度污染继电器，从而开启重度污染抽水泵，将水流入重度污染管路过滤，并流入指定水箱；若水为轻度污染，则闭合轻度污染继电器，断开重度污染继电器，从而开启轻度污染抽水泵，使水流入轻度污染管路过滤。最后，单片机驱动LCD显示屏显示水位与水质信息。

5 结论

根据设计理论搭建出了实物模型，如图3所示。经实验，该模型能够对不同污染程度的水进行分流并过滤，LCD显示屏能够正确显示水位与水质情况。事实证明，该系统能够用于实际中。

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