2023-03-01 22:57:48 |
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于
MCU
的智能节水控制器
张春峰(宁波天安集团股份有限公司
315700
)
背景技术
据有关部门统计，全国有
333
个城市不同程度缺水，其中
103
个城市严重缺水，日缺
水量达
1600
万立方米，
4000
万人用水困难，每年因缺水而影响工业产值
2300
亿元
.
„„本
智能节水控制器就是在目前全球
“生命之源”
——水的极度贫乏的氛围中萌发研制的。
它运
用
MCU
微机技术智能化地进行实时控制，是建筑工地、市政工程、学校、医院、车站、码
头等公用厕所的理想节水装置。
功能简介
本控制器的目的是为了避免如建筑工地等公用厕所的水箱一天
24
小时不间断地充水放
水浪费水资源，提供一种根据当地具体具况可人性化地控制水箱充放水的智能节水控制装
置，
本智能节水控制器还能根据季候的变换自动调节各时间点的控制时间，来适应人们冬
夏季节劳作、
休息的作息习惯。
并可实现由一台控制器对几个水箱水阀进行控制，
也可选择
同时或分时控制、常开或常闭控制，以达到最佳的节水效果。
工作原理
智能节水控制器的电路包括电源电路、
MCU
编程主控电路、
显示驱动电路、
显示电路、
数据存储电路、实时时钟电路、键盘电路、输出驱动电路以及输出执行电路等组成。其结构
如附图
1
所示。
电原理如附图
2
所示：
整个装置是以
MCU
编程主控电路为核心展开的，
如作建筑工地
公用厕所节水控制用时，
根据当地的作息时间按进出公共厕所人次疏密程度的不同，
对一天
24
小时进行人性化的充放水周期相应跟变的
80
个预置时间点的设定。
当实时时间与预设的
其中一个时间点等同时，
MCU
编程主控电路就发出控制信号，经输出驱动电路驱动控制执
行电路动作——控制外接电磁水阀的开关——即，打开或关掉向水箱注水的“水龙头”
，从
而达到节水之目的。其中
电源电路：
由变压器
TB
、
桥堆
UR
、
电容
C7
及
C8
组成了降压整流滤波电路，
获得
12V
的直流电源，并经
IC8
稳压块
L7805
、电容
C9
、
C10
稳压处理后得到了
5V
的直流稳压电源
供装置用。
MCU
编程主控电路：
由
IC3
单片机
A
T89S52
为核心组成。
IC3
的
UART
全双工串行通
信口与
8
位串入
/
并出移位寄存器
74HC164
连接作串行数据传输；排阻
RP1
、
RP2
为
IC3
的
P1.0
、
P1.1
、
P3.0
、
P3.1
、
P3.4
～
P3.6
、
P2.0
～
P2.5
等
I/O
口提供上拉电阻。
显示电路：由
IC4
、
IC6
串入
/
并出的移位寄存器
74HC164
、
IC5
驱动芯片
ULN2003
及
DIS
显示屏组成；
IC3
的串口每一循环扫描周期送出两个字节的数据，第一个字节是位码数
据寄存于
IC6
中，并经
IC5
驱动显示屏
DIS
的五个位，第二个字节为段码数据寄存于
IC4
中；
IC4
的输出端经八个电阻
R1
～
R8
限流后分别驱动
DIS
的七个笔段及两个点；
IC4
的高
附图
1
附图
2
位输出端第
13
脚接到
IC6
的数据输入端第
1
、
2
脚上构成接连串行数据的传送；
IC6
的输
出端第
13
、
12
、
11
、
10
、
6
脚分别接到
IC5
的输入端第
1
、
2
、
3
、
4
、
5
脚上以作驱动
DIS
的五个位来进行实时时钟、设置等信息的显示。
数据存储电路：
IC1
是一片专用的数据存储器
24LC02
，它是一种非易失性的数据存储
器，用以存储预设时间点及启动放水时间长度等数据，在断电的情况下数据可以保存
100
年。由于这儿只用了一片
24LC02
，因而它的地址端
A0
、
A1
、
A2
连同其写保护端
WP
、地
GND
一起接到电源地上。
实时时钟电路：是由
IC2
实时时钟芯片
DS1302
及其外围元件构成的。
DS1302
是一种
性价比很高的时钟专用芯片，
可实时地对秒、
分、
时、
日、
周、
月以及闰年等进行计算处理，
可通过外部可充电电池长期保存数据，并能涓流为电池充电。其电源引脚
Vcc
，经过
R9
、
C2
组成的退耦电路接到
5V
正电源上的；第
8
脚接可充电电池
Eb
。
键盘电路：由按键开关
AN1
、
AN2
、
AN3
等组成。三个按键用以校正时间、修改
80
个预设的起控点时间、设置启动放水的时间长度等。
输出控制执行电路：
这部分电路是由
IC7
驱动电路
ULN2003
，
及继电器
JD1
、
JD2
、
JD3
等组成。
IC7
就是将
IC3
输出的控制信号进行驱动放大，驱动继电器运作用以实现对去水箱
注水的水管通道的“通”
、
“断”控制——其中电磁阀作为水管通道的闸阀，嵌接于去水箱的
水管通道中，就象或“开”或“关”的水龙头。
软件设计
本控制器软件的编程也较为简单的。主要是实时时钟与对应设置以及中断处理的问题。
具体的譬如
AN1
是一个功能键，只有在连续按动
AN1
“功能”键
3
下以后，才能进入对实
时时钟及其修改、预设起控时间、放水长度设置等功能的切换；
AN2
是一个点动
/
位移
/
减量
键，通常情况下起“点动”作用——按一下
AN2
就可起动控制电路动作，在修改实时时钟、
起控点时间时起“移位”作用——按一下
AN2
会改变“时”数或“分”数的闪烁位置，在
进行启动放水的时间长度的设置时起“减量”作用——按动
AN2
会使放水的时间长度数据
减小；
AN3
是一个增量键，在修改时间或设置启动放水的时间长度时，按动
AN3
会使正在
闪烁的数据增大。
显示部份，开机时五位数码管显示的“
H
”字样及中间的两个点在闪动，其他四位则分
别作实时时钟的时、分的显示；在按动“功能”键
AN1
三下进入设置各功能的显示„„附
图
3
、
4
分别是主体程序、中断程序的流程简图。具体的程序清单可来电或来函联系索取。
其实，本实施例中对预设的时间点，及控制输出的开关量等都还可以扩展。从本意上
讲，一天
24
个小时内每一个时间点对应一次充放水，但如果觉得太多的话可以按具体状况
将若干个时间点重叠改设成同一个时间，这样就可减少充放水次数了。
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