一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法
2023-05-06 01:52:01 1
一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法，包括如下步驟：步驟一，系統開始，初始化參數；步驟二，高頻信號產生步驟：單片機控制DDS晶片，由DDS晶片產生6-12MHz的高頻信號；步驟三，將產生的高頻信號送入放大電路進行放大；步驟四，發射高頻信號；步驟五，執行顯示步驟。本發明採用了電磁波除垢技術，採用單片機控制DDS晶片產生6-12MHZ的400V左右的高頻信號用以除垢，具有顯著的殺菌滅藻功能，同時一定頻率範圍的高頻信號又滿足了不同水質，不同濃度水垢的處理要求，水垢處理更加徹底，節約人力物力。
【專利說明】一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水處理方法，具體涉及一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法。
【背景技術】
[0002]目前在工業用水總量中，大部分用於工業冷卻，即作為工業冷卻水或冷凝水。據不完全統計，在石油、化工、電力、冶金等系統冷卻水佔到總工業用水的60%~70%以上。在水資源日益緊張的今天，提高工業冷卻用水效率能有效降低水資源需求，緩解水資源壓力。
[0003]提高工業冷卻用水的效率最有效的辦法是重複利用循環冷卻水，但重複利用循環冷卻水會帶來的一個嚴重問題是鹽分的積累，而鹽分(含有鈉、鉀、鈣、鎂等鹽類離子)的積累會帶來換熱設備的結垢和腐蝕問題。而水質問題會引起材料使用壽命縮短以及設備無法完全高效運行。因此，為了防止水質問題使工業設備始終處於理想狀態必須進行工業水處理，目前水處理方式大體可分為機械處理、化學處理生物處理等，其中化學處理應用得較為廣泛採用，酸洗等傳統方法雖然可以完成用水設備的除垢與除鏽任務，但這無疑嚴重影響設備的使用壽命並危及工作人員的身體健康。許多地方和單位採取往用水設備中加入化學藥劑的方法，效果顯著因而廣受歡迎，可是目前在多數情況下該加藥過程仍採用人工方式費工費時且加藥時間和加藥量難以準確把握。不僅會降低汙水排放管道的壽命，更會汙染水資源。
[0004]近些年來，國內外不斷研究發明出不同的電子水處理器等高科技產品，但技術還不夠成熟，存在不同的缺點，一些水垢處理方法較繁瑣同時人力參與的也很難達到理想的效果，比如一些設備要定時檢查水垢濃度，確定信號頻率等一些指標。所以當務之急是研究既能處理水垢同時又綠色的工業水垢處理設備，同時要求這樣的設備能滿足不同水質，不同濃度水垢等的要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法，採用了電磁波除垢技術，採用單片機控制DDS晶片產生6-12MHZ的400V左右的高頻信號用以除垢，具有顯著的殺菌滅藻功能，同時一定頻率範圍的高頻信號又滿足了不同水質，不同濃度水垢的處理要求,水垢處理更加徹底,節約人力物力。
[0006]本發明採用以下技術方案:
一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法，其中，包括如下步驟:
步驟一，系統開始，初始化參數；
步驟二，高頻信號產生步驟:單片機控制DDS晶片，由DDS晶片產生6-12MHZ的高頻信
號;
步驟三，將產生的高頻信號送入放大電路進行放大；
步驟四，發射高頻信號；步驟五，執行顯示步驟。
[0007]作為優選，所述DDS晶片產生信號的頻率以6MHz為起點，以0.5MHz為增幅按一定的時間間隔遞增到12MHz，然後回到6MHZ，再以0.5MHz為增幅按一定的時間間隔遞增到12MHz，按這樣的規律循環變化。
[0008]作為優選，所述步驟三的放大電路包括一級放大電路和二級放大電路。
[0009]作為優選，所述一級放大電路把50mv放大到IOv左右，二級放大電路將一級放大電路放大後的IOv左右的電壓放大至400V左右。
[0010]作為優選，所述高頻信號產生步驟具體過程如下:步驟六，系統初始化後向DDS晶片中寫入頻率值並定時，檢測頻率值是否小於6MHZ，如是則標誌位Flag為真，將頻率值加
0.5MHZ，重新執行步驟六；若檢測頻率值大於6MHZ，則繼續檢測頻率值是否大於12MHZ，若結果為是則標誌位Flag為假，頻率值減0.5MHZ，重新執行步驟六。
[0011]作為優選，所述顯示步驟具體過程如下:系統上電後寫入顯示設置命令，然後取第一行顯示首地址，並對其寫入內容，延時Ims後檢查是否顯示完，如果沒有顯示完則繼續寫入內容，按此規律循環，直到第一行顯示完結束此循環；
如果顯示完，則取第二行要顯示的首地址，並對其寫入內容，延時Ims後檢查是否顯示完，如果沒有顯示完第二行則繼續寫入內容，按此規律循環，直到第二行顯示完結束此循環，顯示完成。
[0012]本發明的有益效果為:
本發明不僅可以應用於火力發電廠的冷、熱水循`環系統，還可以應用於印染、皮革、電鍍、焦化、釀造等領域。與傳統的除垢方法比，本發明具有以下優點:
1、本發明比傳統的方法能產生更好的防垢、除垢、殺菌滅藻的效果，大大節省日趨寶貴的水資源，不僅節約了人力物力，而且避免了環境汙染，具有巨大的社會效益和經濟效益。
[0013]2、本發明通過在主機和副機之間傳遞高頻信號，用單片機控制產生高頻信號，經放大處理後傳入水中，在水中產生一個頻率、強度都按一定規律變化的感應電磁場，利用其產生的高頻交變電磁場，使水的物理性能發生改變，以達到除垢淨水效果，打破了單一頻率的限制，提供了從6MHz到12MHz以0.5MHz為變化幅度的高頻信號掃頻功能，除垢效果明顯優於傳統的電子水處理設備，而且設備性能穩定，日常運營費用低。
[0014]3、本發明不僅可以廣泛應用於工業、民用冷卻、循環水系統、熱水系統和生活用水系統，在化工廠、化肥廠、製藥廠、紡織廠、熱力發電廠的冷卻水系統，中央空調冷卻水、冷媒水系統、供暖水系統都能有良好而穩定的防垢、除垢、殺菌滅藻、防腐阻鏽、節能環保的效果O
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的系統流程圖；
圖2為本發明高頻信號產生步驟流程圖；
圖3為本發明顯示步驟流程圖；
圖4為本發明單片機與DDS晶片的連接電路圖；
圖5為本發明通信電路的原理圖；
圖6為本發明一級放大電路的原理圖；圖7為本發明二級放大電路的原理圖。
【具體實施方式】
[0016]以下用實施例對本發明作進一步的詳細說明:
如圖1所示，本發明包括如下步驟:
步驟一，系統開始，初始化參數；
步驟二，高頻信號產生步驟:單片機控制DDS晶片，由DDS晶片產生6-12MHZ的高頻信號；DDS晶片產生信號的頻率以6MHz為起點，以0.5MHz為增幅按一定的時間間隔遞增到12MHz，然後回到6MHZ，再以0.5MHz為增幅按一定的時間間隔遞增到12MHz，按這樣的規律循環變化。
[0017]步驟三，將產生的高頻信號送入放大電路進行放大；放大電路包括一級放大電路和二級放大電路；一級放大電路把50mv放大到IOv左右，二級放大電路將一級放大電路放大後的IOv左右的電壓放大至400V左右。
[0018]步驟四，發射高頻信號；
步驟五，執行顯示步驟。
[0019]如圖2所示，高頻信號產生步驟具體過程如下:步驟六，系統初始化後向DDS晶片中寫入頻率值並定時，檢測頻率值是否小於6MHZ，如是則標誌位Flag為真，將頻率值加
0.5MHZ，重新執行步驟六；若 檢測頻率值大於6MHZ，則繼續檢測頻率值是否大於12MHZ，若結果為是則標誌位Flag為假，頻率值減0.5MHZ，重新執行步驟六。
[0020]如圖3所示，顯示步驟具體過程如下:系統上電後寫入顯示設置命令，然後取第一行顯示首地址，並對其寫入內容，延時Ims後檢查是否顯示完，如果沒有顯示完則繼續寫入內容，按此規律循環，直到第一行顯示完結束此循環；如果顯示完，則取第二行要顯示的首地址，並對其寫入內容，延時Ims後檢查是否顯示完，如果沒有顯示完第二行則繼續寫入內容，按此規律循環，直到第二行顯示完結束此循環，顯示完成。
[0021]本發明的硬體設置如下:
DDS晶片選用AD9851晶片。DDS晶片的基本工作原理是在採樣時鐘信號的控制下，通過由頻率碼控制的相位累加器輸出相位碼，將存儲於只讀存儲器中的波形量化採樣數據值按一定的規律讀出，經D / A轉換和低通濾波後輸出正弦信號。其主要組成為:相位累加器、相位相加器、波形存儲器、數字相乘器和D / A轉換器。
[0022]DDS器件的具體工作過程是每當輸入一個時鐘脈衝，相位累加器的輸出就增加一個步長的相位增量值，在波形存貯器中存儲著一張函數查詢表，對應不同的相位碼輸出不同的幅度編碼。頻率控制字K決定相應的相位步進量。根據相位累加器的輸出對波形存儲器進行尋址，使波形存儲器輸出相應的幅度編碼，然後再經過數模轉換，濾波器濾波，就能得到所需要的頻率信號。
[0023]單片機採用STC89C52晶片。通過單片機程序控制DDS晶片產生的高頻信號的頻率為6-12MHZ，且產生信號的頻率以6MHz為起點，以0.5MHz為增幅按一定的時間間隔遞增到12MHz，然後回到6MHZ，再以0.5MHz為增幅按一定的時間間隔遞增到12MHz，按這樣的規律循環變化，以達到最佳處理效果。這種設計打破了單一頻率的限制，提供了從6MHz到12MHz以0.5MHz為變化幅度的高頻信號掃頻功能，不僅使除垢效果明顯優於傳統的電子水處理設備，而且拓寬了頻率範圍可以適應更多不同的水質。為增強除水垢的效率，本發明通過二級放大電路使內部電壓峰峰值達到400V左右，大大高於傳統電子水處理器的信號發射功率，除垢效果更加明顯。[0024]如圖4所示，採用11.0592MHz晶振為單片機提供所需的時鐘信號。單片機的PO 口對應連接到IXD1602的數據埠 D0-D7，由於其作為通用I/O 口，應外接上拉電阻。P2.3-P2.5分別接液晶顯示模塊的使能信號端，讀寫選擇端和數據命令選擇端。單片機STC89C52的引腳P1.0-PL 7作為AD9851並行數據輸入埠，連接AD9851的DO~D7引腳。P2.0-P2.2分別接AD9851的外部復位連接端RSET，頻率更新控制端FQ-UD和字裝入信號端W-CLK。液晶顯示模塊的VL端接100K的滑動變阻器然後接地，來調節液晶的對比度。15腳背光源正極接電源，16腳背光源負極接地。
[0025]系統上電後先完成對單片機STC89C52和AD9851的初始化工作，然後由單片機控制DDS晶片產生頻率6-12MHZ變化的峰峰值為50mv的正弦波的信號，然後利用阻容耦合放大電路將其放大到IOv左右，再經過變壓器將其放大到峰峰值為400v左右的高頻信號後，通過天線將其發射到水中。
[0026]如圖5所示，由於計算機串口輸出電壓高達12V，單片機中電平最高為5V。相互連接的話，必須進行電平轉換，否則會燒壞單片機晶片，所以本發明利用了 MAX232進行了 TTL電平與RS232電平的轉換。MAX232晶片採用單+5V電源供電，1、2、3、4、5、6腳和4隻電容相連。功能是產生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數據通道。利用第二數據通道，將單片機TTL數據從T2IN輸入轉換成RS-232數據從T20UT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數據從R2IN輸入轉換成TTL數據後從R20UT輸出，連接到單片機的RXD。
[0027]如圖6所示為一級放大放大電路。一級放大電路把50mv放大到IOv左右。其中一級放大電路又由兩部分電路組成:第一部分電路是一個互補對稱推挽功放電路，由Rp R2、DpD2、U3、U4和電容C6組成。互補對稱推挽功放電路用了兩隻放大性能相同，而導電極性相反的三極體(稱為互補管)U3、U4。圖中U3是NPN管。放大器輸入交流信號的正半周時，對U3管來說，基極電壓為正極性，發射極為負極性，發射結有正向偏壓，三極體能夠工作。但U4卻因發射結加了反向偏壓而截止。因此，信號的正半周由U3管放大。在信號負半周時，情形正相反，U4管能夠工作，將信號的負半周放大。第二部分電路是一個由R3、R4> R5、R6> r7、r8、U5組成的運放電路，把第一部分由兩隻三極體輪流放大後的信號進行放大，再重新合成完整的輸出信號Voutl。在信號輸出端接電容C6，便於調整適宜的信號輸出。
[0028]如圖7所示為二級放大電路部分。二級放大電路將一級放大後的IOv左右的電壓放大至400v左右，二級放大電路主要是U7 (PA85)放大電路，包括放大晶片U」電阻R9+R18、電容C7、二極體D1、二極體D2、三極體Q2、三極體Q3、場效應管Q1和場效應管Q4。為了改善放大器性能，二級放大電路中引入了交流電壓串聯負反饋。這樣，電路即可以穩定輸出電壓又可以提聞輸入電阻。
[0029]對於交流信號，一級放大電路和二級放大電路之間有著密切的聯繫，前級的輸出電壓就是後級的輸入信號，因此兩級放大器的總電壓放大倍數等於各級放大倍數的乘積人=A11-Vil0,同時後級的輸入阻抗也就是前級的負載。為了減少電路損耗，第一級的靜態工作點應選擇的低一些，這樣U3、U4、U5電流的適當減小，就可以減少電路損耗。第二級的靜態工作點選擇的高一些，放大電路的的非線性失真將得到改善。二級放大電路由U7(PA85)來完成電壓放大效果。
[0030]本發明的設計原理是:
本發明是通過主機在水中產生一個頻率、強度都按一定規律變化的感應電磁場，利用其產生的高頻交變電磁場，使水的物理性能發生改變，原來締合鏈狀的大分子斷裂成單個的水分子，水分子的偶極距增大，帶有極性的單個水分子包圍在水中溶解鹽的正負離子周圍，使鹽離子運動速度降低，靜電引力下降，碰撞結合的機會大大減少，無法形成水垢，而達到防垢的目的。極性水分子的偶極距增大，使鹽正負離子的吸引力增大，從而使受熱面或是管壁原有的水垢變得鬆軟，龜裂，一直自行脫落，從而達到除垢的目的。同時水中的微電流破壞了水中微生物的生存環境，另外水中形成的活性氧自由基能氧化微生物的細胞膜，破壞微生物的歧化酶,從而殺滅水中的微生物,達到殺菌滅藻的目的。此外,水垢在感應電磁場的作用下被清除後，在水管內壁形成一層金屬氧化膜，這層氧化膜會阻止新的水垢生成。即把紅鏽(Fe2O3)還原成具有很強耐腐蝕力的黑鏽外膜(Fe3O4),從而達到了阻鏽、防腐的效果。電子感應水處理器產生的感應電磁場同時破壞了水的大分子團，形成了大量的小的水分子團，水的表面張力降低，水的活性增強，水的溶解度提高，滲透力增強。
[0031]本發明通過單片機程序控制DDS晶片產生的高頻信號的頻率為6-12MHZ，且產生信號頻率並以6MHz為起點，以0.5MHz為增幅按一定的時間間隔遞增到12MHz，然後回到6MHz，再以0.5MHz為增幅按一定的時間間隔遞增到12MHz，按這樣的規律循環變化，打破了單一頻率的限制。
[0032]本發明產生的這種掃頻信號技術拓寬了頻率範圍，以0.5MHZ循環變化可以適應更多不同的水質，解決了目前我國市場上的電子水處理產品頻率範圍窄的問題。
[0033]本發明通過兩級放大電路產生很大的功率，針對不同水質的水垢成分，通過掃頻更加徹底全面的與其發生共振 ，並且在流動場上產生電子場，使水中正、負離子在交變的電磁場作用下作定向運動，使溶質的溶解度的下降，成為顆粒狀的水垢，失去與管壁的吸附能力，從而達到除水垢的效果。
[0034]最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法，其特徵在於:包括如下步驟: 步驟一，系統開始，初始化參數； 步驟二，高頻信號產生步驟:單片機控制DDS晶片，由DDS晶片產生6-12MHZ的高頻信號; 步驟三，將產生的高頻信號送入放大電路進行放大； 步驟四，發射高頻信號； 步驟五，執行顯示步驟。
2.根據權利要求1所述的一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法，其特徵在於:所述DDS晶片產生信號的頻率以6MHz為起點，以0.5MHz為增幅按一定的時間間隔掃頻遞增到12MHz，然後回到6MHZ，再以0.5MHz為增幅按一定的時間間隔掃頻遞增到12MHz，按這樣的規律循環變化。
3.根據權利要求1所述的一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法，其特徵在於:所述步驟三的放大電路包括一級放大電路和二級放大電路。
4.根據權利要求3所述的一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法，其特徵在於:所述一級放大電路把50mv放大到IOv左右，二級放大電路將一級放大電路放大後的IOv左右的電壓放大至400V左右。
5.根據權利要求1所述的一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法，其特徵在於:所述高頻信號產生步驟具體過程如下:步驟六，系統初始化後向DDS晶片中寫入頻率值並定時，檢測頻率值是否小於6MHZ，如是則標誌位Flag為真，將頻率值加0.5MHZ，重新執行步驟六；若檢測頻率值大於6MHZ，則繼續檢測頻率值是否大於12MHZ，若結果為是則標誌位Flag為假，頻率值減0.5MHZ，重新執行步驟六。
6.根據權利要求1-5任一項所述的一種基於單片機的掃頻式電子水處理方法，其特徵在於:所述顯示步驟具體過程如下:系統上電後寫入顯示設置命令，然後取第一行顯示首地址，並對其寫入內容，延時Ims後檢查是否顯示完，如果沒有顯示完則繼續寫入內容，按此規律循環，直到第一行顯示完結束此循環； 如果顯示完，則取第二行要顯示的首地址，並對其寫入內容，延時Ims後檢查是否顯示完，如果沒有顯示完第二行則繼續寫入內容，按此規律循環，直到第二行顯示完結束此循環，顯示完成。
【文檔編號】C02F5/00GK103508565SQ201310450568
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】劉明堂, 李軍, 常呈果, 司孝平, 高新亮, 劉雪梅, 陳夢, 王起龍, 張苗苗, 閆俊超, 劉少萍 申請人:華北水利水電大學