2 控制系統(tǒng)的硬件設計
2.1 溫度控制
    功能完善的凈水機不但能夠起到凈化水的作用，而且還能夠根據消費者的需求對水進行精確的加熱，以滿足消費者的需求。當水經過直飲水機深度的科學處理時，溫度控制的精度很重要?；谶@個特點，本文提出了如下溫度控制方案：測溫元件采用不銹鋼管負溫度系數熱敏電阻溫度傳感器，溫度的檢測電路如圖2所示。當溫度變化時，熱敏電阻值會隨著溫度的升高而減小。為了使測量的溫度盡可能準，可選擇在經常工作的溫度區(qū)間，采用電阻值變化大的熱敏電阻，上拉電阻取測量溫度的中點溫度時熱敏電阻的阻值。這樣就能把變化的電阻值轉變成電壓值，經過濾波后，送單片機內部的A/D轉換器進行轉換后得到相應的溫度值。

    加熱裝置的電路控制如圖3所示。ICE_CON連接到數字擴展口上，ICE_SYS連接到加熱裝置。

    溫度執(zhí)行機構主要由光隔控制可控硅的通與斷來控制加熱電源的通與斷。用可控硅代替繼電器等機械開關，可使控制具有靈敏、可靠、抗干擾能力強等優(yōu)點[1]。數字信號經過開關量擴展電路后，送光電耦合器MOC3043，由MOC3043控制可控硅的控制極。通過光電耦合器與可控硅的結合，能夠有效地把微控系統(tǒng)與交流220 V隔離，同時又因為雙向可控硅采用過零觸發(fā)的方式(這是一種理想的觸發(fā)工作方式)，并使正弦波以完整的形式加到負載上，既有利于保護元器件的安全使用和負載的工作穩(wěn)定性，又不會對電網造成污染，減少了對其他設備的干擾[2]。MOC3043是具有內部過零檢測器的光電耦合可控硅驅動器，用它驅動可控硅具有簡單可靠的優(yōu)點。因為當輸入端導通時，輸出端并不馬上導通，只有電源電壓過零時才會導通，這樣負載輸出端輸出的就是完整的正弦波[3]。
2.2 開關量輸出
    由于控制系統(tǒng)的輸出比較多，在該控制系統(tǒng)中，主要的輸出有：增壓泵、2個紫外燈、阻返器、臭氧發(fā)生器、4個進水電磁閥、制熱裝置等。如果用單片機端口一對一地輸出控制，則輸出端口的資源相當緊張。因此，本控制系統(tǒng)采用移位/鎖存器CD4094BE結合高壓高電流達林頓管陣列ULN2803A進行端口擴展。開關量輸出擴展電路如圖4所示。

    開關量輸出經過擴展后，由于外部負載為電磁閥感性負載，所以選用高壓高電流達林頓管陣列ULN2803A直接驅動負載，同時增加了D5～D9作為續(xù)流二極管。續(xù)流二極管均為并聯且在線圈的兩端，當線圈通過電流時，會在其兩端產生感應電動勢。當電流消失時，其感應電動勢會對ULN2803A產生反向電壓。當反向電壓高于ULN2803A反向擊穿電壓時，會造成ULN2803A損壞。但由于續(xù)流二極管并聯在線圈兩端，當流過線圈中的電流消失時，線圈產生的感應電動勢通過二極管和線圈構成的回路做功而消耗掉了，從而保護了ULN2803A的安全。
2.3  數據保存
    由于不同的用戶設定的參數不一樣，這些參數在沒有修改前要永久保存，在系統(tǒng)中要求保存的參數有：定時開/關機的時間、定時開/關制熱的時間、水溫度設定值。這些參數可以通過外擴鐵電存儲器來保存，但將會增加控制系統(tǒng)成本。由于ATMEGA16L自身帶有512 B的EEPROM，擦寫次數達100 000次?？紤]到這些參數不會頻繁地被修改，所以用單片機內部的EEPROM就能夠滿足參數保存的要求。同時在程序設計中盡量減少了對EEPROM進行讀寫R的次數，只在上電時對EEPROM進行讀，參數改變時對EEPROM進行寫，按每天總共讀寫10次計算，可以使用27年。
2.4 水位檢測裝及控制方案
    水位的檢測是通過在水箱中豎直安裝一根中空管(里面分別裝有高/低水位干簧管)，中空管外面套有一個浮動的磁環(huán)裝置，與水位同時升降。當磁環(huán)和相應干簧管在同一高度時，干簧管閉合，單片機檢測到信號后，執(zhí)行相應控制。如檢測到低水位信號時，單片機輸出啟動凈化水的信號，打開進水閥門，同時為了避免由于硬件誤檢測帶來誤控制，在啟動凈化水的同時會啟動制水時間，在規(guī)定時間內沒有達到高水位信號時，LCD屏則顯示機器故障或者提示停水了，機器自動停機；當檢測到高水位信號時，關制水，啟動殺菌消毒裝置對新制的水進行處理。
3 控制系統(tǒng)軟件設計
    凈水機的軟件設計采用模塊化設計思想，以主程序為核心，設計了各功能模塊子程序，使大量的功能在子程序中實現，簡化了軟件設計結構。子程序模塊主要包括：定時處理子程序、系統(tǒng)故障檢測處理子程序、溫度處理子程序、鍵盤管理子程序、數據存儲子程序、顯示子程序等。所有程序采用基于ICCAVR編譯器，用C語言編寫。系統(tǒng)主程序流程圖如圖5所示。

    以ATmega16L單片機為核心的控制系統(tǒng)凈水機成本低、抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠。殺菌消毒過程使用臭氧、紫外線殺菌消毒兩種方法。通過對經凈水機處理水的水質進行檢測，可以滿足GB19298-2003、生活飲用水衛(wèi)生標準GB5749-2006的要求。目前該凈水器已為企業(yè)帶來了巨大的經濟效益。