《基于单片机的即热饮水系统设计》12000字（论文）

基于单片机的即热饮水系统设计1绪论 11.1课题背景 11.2国内外发展情况 11.3内容安排 22设计要求及方案确定 32.1设计简述 22.2功能设计 22.3主控芯片的选择 22.4单片机软件的选择 23即热净饮系统的硬件设计 23.1晶振电路的设计 23.2测温电路的设计 33.2.1DS18B20的引脚图及方框图 33.2.2DS18B20的硬件连接 33.3输入控制的设计 33.4液晶显示模块的设计 33.4.1LM016L的结构和功能 33.4.2LM016L的硬件连接 33.5出水模块的设计 33.6加热模块的设计 33.7报警模块的设计 34即热饮水机软件结构设计 54.1系统分配方式 34.2主程序设计 54.3各子模块程序设计 54.3.1温度检测模块程序设计 64.3.2液晶显示模块程序设计 34.3.3延时程序设计 34.4其他程序设计 35净水部分设计 105.1家用净水器的基本工作原理 115.2家用净水系统的净水技术 135.3家用净水系统的设计 146调试和性能分析 76.2系统调试 76.3性能分析 77总结与展望 14参考文献 14附录 14绪论课题研究的背景自饮水机被发明以来，饮水机的使用在世界各地越来越普遍，随着人们生活水平和科技的进步，对饮水机的要求也越来越高，希望饮水机能够更加智能化并且能安全地饮用。目前，大多数家庭所使用的饮水机都只有一些基本的功能，例如加热、保温。然而，随着人们物质生活的不断提高，对饮水机的性能要求也不断提高。即热式饮水机是一种热水无需等待，即按即出，不用反复加热区别于传统饮水机的一种高科技创新饮水机，能在高功率状态下，利用一种导热性较强的加热体，通过电能转化为热能，热能再把热量传递到水中，利用强大的热量可以将水迅速加热；而净水器的功能就是过滤水中的漂浮物、重金属、细菌、病毒、余氯、泥沙、铁锈、微生物等都去除掉。因此结合即热和净水技术，对家用小型即热净饮系统及应用研究是一项重要且很有意义的课题。单片机通过使用大规模的集成电路技术，把中央处理器CPU，随机存取存储器RAM，只读存储器ROM，多个I/O端口和中断集成在一起。系统，定时器/计数器和其他功能（可能还包括显示驱动电路，脉宽调制电路，模拟多路复用器，A/D转换器和其他电路）集成到硅芯片上的完整小型计算机系统中，广泛用于工业控制领域。从1980年代开始，从当时的4位和8位单片机到当前的300M高速单片机。单片机的应用领域非常广泛，例如智能电表，实时工业控制，通信设备，导航系统，家用电器等。本次毕业设计通过查阅文献掌握即热和净水技术及基本理论方法，使用Proteus等电路仿真软件，仿真家用小型即热净饮水模拟系统的硬件电路，用KeilC编写控制程序，能够实现引用水的净水及即热功能，并能实时显示饮用水的温度，学生了解单片机的基本原理与结构，熟悉单片机开发的一般过程与相应软件，巩固和加深在信号检测和控制领域专业知识技能国内外发展情况净水器是一种小型水处理设备，起源于1832年在英国伦敦，由德国的里德·奥斯特（ReedAuster）发明。随着农业等产业的发展，水中的有机污染物越来越多，水中的色度，浊度，铁，锰，砷，氟和有机污染物的浓度超过标准。为了解决饮用水可能对人体健康造成的危害，正在采取的措施包括：远程调动未受污染的水源，对水厂升级，让水厂能够更深度得清理过滤水源以及在供水点和用户的接水口做特殊化处理。前两个措施存在诸如不经济，困难，耗时的改造以及无法解决管道的二次污染等问题。作为饮用水入口的最后安全保障，家用净水器已在许多家庭中得到广泛使用。近年来，美国PID公司开发了一种新型的RO-50净水器[1]。它是使用反渗透膜的饮用水系统。它是一种高效的净水设备。它的水生产过程如下：原水-预过滤器-增压泵-预活化碳-反渗透-净水-储罐-后活化碳-饮用。这种净水器分为五个阶段：第一阶段：采用20微米滤膜。过滤的主要功能是去除水中的悬浮颗粒等大颗粒。第二级：使用5微米滤膜过滤除去水中的较小颗粒和杂质。第三级：活性炭加KDF材料子过滤器，去除氯，气味和有机污染物。第四级：反渗透膜用于减少水中的溶解固体。它是十分之一微米的反渗透膜，也可以去除病毒，细菌和重金属离子。级别5：重复使用颗粒状活性炭和聚碘树脂，以去除供水中可能存在的98％-100％的氯和其他分子化学物质。即时加热技术在该国也正在缓慢发展。即热电热水器已进入国内市场并发展到这一阶段。国内即热行业市场逐步扩大，新品牌陆续出现。如果我们总结一下国内速溶行业的发展过程，我们可以清楚地看到过去十年行业整体技术进步和市场消费变化的分阶段背景。从原始的石英玻璃管加热，到不锈钢加热元件，再到铜杯加热元件，还散布着诸如PTC导热技术，不锈钢加热管+铸铝导热技术等，裸线加热技术的现阶段在业界的快速跟进中。一种将高温蒸汽冷却并通过热回收装置回收热量的热回收技术，解决了工业中蒸汽排放的难题，并具有节能，环保和安全的作用[2]。市场上现有的即热式饮水机基本上采用沸水原理，即将水加热至沸腾后，密度降低，并采用自动浮水原理排出水。与传统的饮水机相比，速溶热水机可节省80％的能源消耗，但它们对高温蒸汽排放问题无能为力。内容安排本文主要研究了与计算机的通信，主要通过DS18B20温度传感器，把检测到的模拟信号转换成数字温度信号，将信号输送给单片机，最终将温度显示在液晶上。第1章绪论描述了饮水机的发展背景，传统饮水机的缺点以及人们对智能饮水机的功能需求越来越高，单片机在智能饮水机中有了广泛的应用。第2章主要写了方案的设计，交代了即热净饮系统总的设计思路和具体的功能，主控芯片的选型，介绍了主控芯片的一些基本内容，引脚功能等等，后面介绍了选择单片机软件设计的软件选择和硬件仿真软件的选择和理由。第3章论述了硬件电路的构思和设计，分别介绍了各个模块中硬件电路的设计第4章首先介绍了系统分配方式，最终选择了模块化的程序设计，由主程序和各个模块的子程序构成，接下来依次介绍了各个模块的程序设计，由主程序，温度检测程序，液晶显示程序，延时程序等组成第5章主要论述了净水部分，首先介绍了家用净水器的基本工作原理，然后介绍了一些家用净水系统基本技术，最后阐述了本次即热净饮系统所设计的净水方式第6章调试和性能分析，主要进行了仿真软件的调试，测试既然净饮系统的功能能否正常得使用，每个功能都进行了展示，接下来就对本次设计做一个性能分析，能否满足即热净饮系统的要求.

设计要求及方案确定设计简述该毕业项目是对硬件电路进行仿真，并设计家用小型即热饮用水仿真系统的净水模块。整个硬件系统由主控制系统，输入和输出模块，传感器，其他功能电路以及电源部件组成。主控制系统采用单片机控制，包括键盘信息的接收和控制，其他功能电路的控制等，通过软件编程实现预定功能；传感器部分是检测子系统，主要执行温度检测和控制饮水机中水的控制。控制采用智能温度传感器DS18B20；其他功能电路包括恒温，防干烧和出水电路，以实现多种功能；电源为即热饮水系统提供必要的电源，以确保饮水机的正常运行。总体框图如图2-1所示。温度检测电路温度检测电路晶振电路复位电路其他功能电路功能显示报警电路键盘单片机AT89S52数码显示电源电路图2-1总体框图

功能设计(1)即热净饮系统的主要功能：本课题设计的即热净饮系统具有实时显示温度功能，设定温度功能，防烧干功能，蜂鸣器报警功能，净水功能。(2)即热净饮系统的按键功能：①出水键：按下后控制饮水机的出水；②增加设定温度键：按下后液晶显示屏上的设定温度会随之增加；③降低设定温度键：按下设定温度键后，液晶显示屏上的设定温度会随之减少；(3)即热净饮系统的显示功能：①电源灯(绿色)：当即热净饮系统通电时保持常亮②加热指示灯(红色)：当即热净饮系统在加热状态时，加热指示灯会亮③液晶显示：能够显示即热净饮系统的当前温度和设定的温度与④蜂鸣器：当加热到设定温度或者加热至沸腾都会报警提示（4）即热净饮系统的净水功能：即热净饮系统在加热之前会经过过滤，保证饮水者能够安全的饮用。

主控芯片选择AT89S52的主要性能AT89S52具有8K字节的缓存和256字节的RAM储存空间，AT89S52总共有40个引脚，其中P0到P3分别有8个引脚，构成32个外部双向（I/O）端口，还有一个接电源的，一个接地的，剩下6个分别为RST,RST是单片机中起到复位作用的，当单片机的RST引脚出现两个机器周期以上的复位电平时，单片机就复位了，两个XTAL，XTAL是与外接晶振电路相连的，XTAL1和XTAL2分别连到外部晶振和微调电容的两端，XTAL1是反相放大器的输入端，XTAL2与此相反是反相放大器的输出端，EA/VPP用于访问外部的控制信号，当EA接地的时候，单片机从外部取指令，当EA接高电平的时候，就与之相反，先访问内部的存储器，然后在当PC的值超过0FFFFH的时候自动访问外部存储。ALE/PROG是地址锁存允许信号输出端，在读写外部存储器时，用于锁存低8位地址信号当单片机正常工作后，ALE以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，第二个PROG是对片内带有4KEPROM的8751固化程序时，作为编程脉冲输入端PSEN是片外程序存储器的读选通信号，低电平有效，CPU从外部程序存储器取指令时，PSEN信号会自动产生负脉冲，作为外部程序存储器的选通信号。

AT89S52的优点AT89S52相比与其他单片机的优点有1、AT89S52的功能比标准51稍微强一点，多128BRAM，多一个定时器、多512BEEPROM，内置8KROM足够容纳一般程序；2、AT89S52容易买到，方便使用；3、资料众多，编程与51兼容，非常适合我们学生或者初学者使用；4、支持ISP下载，使用很方便；5、FLASHROM可下载10000次以上；6、可靠性不错。单片机软件的选择首先是编写代码软件的选择，keil是美国Keil公司出品的基于C语言的软件开发系统，keil具有很丰富的库函数还要很强大的集成调试工具，另外在所学课程中学过了keil软件，所以在本次即热净饮系统的软件设计上选择了keil软件。keil优点：1.Keil软件中工程易于管理，它能够自动加载启动项目2.Keil软件把编辑和编译，仿真结合到了一起，并且还要很强大的调试功能。在仿真软件设计的选择上，proteus是英国著名的EDA软件，它能够进行原理布图，电路仿真，PCB自动布线等等功能，在仿真上能仿真一些主流单边机例如51系列，AVR,ARM等等，prteus还具有27000多个仿真器件，另外在所学课程中学过并使用过proteus软件并配套keil使用，所以在本次即热净饮系统的仿真上选择了proteus。即热净饮系统硬件部分设计AT89S52晶振电路的设计每个单片机系统都有一个晶体振荡器。全名是晶体振荡器。晶体振荡器在单片机系统中起着非常重要的作用。它通过和微控制器的内部电路相结合，然后就能生成微控制器所需要的时钟频率。在此基础上，晶体振荡器提供的时钟频率越高，微控制器的运行速度就越快。晶体振荡器电路中的两个电容器称为负载电容器。通常，单片机的晶体振荡器在并联谐振状态下工作，换句话说，晶体振荡器的频率是在其提供的负载电容下测量的，这可以保证最大频率误差。它还可以保证诸如温度漂移之类的误差。

测温电路的设计DS18B20介绍DS18B20是由美国DALLAS公司新推出的可联网数字温度传感器。与DS1820一样，DS18B20也可以直接读取被测物体的温度值。但是DS18B20比DS18B20更强大。它体积小，电压应用范围广（3V-5V）。DS18B20还具有可调的温度分辨率，所以DS18B20的实用性要高于类似温度传感器。也正因为DS18B20的可靠性，DS18B20在使用上很广泛。DS18B20的外形和管脚排列DS18B20有多种封装可供选择，例如TO。92.SOIc和CSP软件包。图3-1是DS18B20的引脚排列图。DS18B20一共有三个引脚，其中VDD作为外接供电电源输入端，GND是接地的，还要一DQ作为数字信号输入或输出端，一般的DS18B20接线方式是VDD接到电源，然后DQ接到单片机的引脚，同时外加上拉电阻，GND接地的时候一定要有上拉电阻，就是说DQ引脚必须要一个上拉电阻，因为场效应管是电压控制型元器件，只要对栅极施加一定电压，DS就会导通，漏极开路：MOS管的栅极G和输入连接，源极S接公共端，漏极D悬空（开路）什么也没有接，直接输出，这时只能输出低电平和高阻态，不能输出高电平。开漏输出只能输出低电平，不能输出高电平。漏极开路输出高电平时必须在输出端与正电源（VCC）间外接一个上拉电阻。否则只能输出高阻态。DS18B20是单线通信，即接收和发送都是这个通信脚进行的。其接收数据时为高电阻输入，其发送数据时是开漏输出，本身不具有输出高电平的能力，即输出0时通过MOS下拉为低电平，而输出1时，则为高阻，需要外接上拉电阻将其拉为高电平。因此，需要外接上拉电阻，否则无法输出1，DS18B2O的温度检测范围为零下55℃到125℃，其中在10℃到85℃之间温度检测的精度为0.5℃，DS18B20还要一个特点，它能够和其他DS18B20同时连接到一根总线上，因为，每一个和DS18B20在生产的时候都有一个唯一的64位码，所以不会发生错乱，此外，使用者还可以设置TH和TL的上下限，并且在停电也能保存，DS18B20在运行的时候可以自动将检测到的温度数据和保存在TH和TL中的触发值相互比较，要是检测到的数值高于TH或者低于TL，那么温度传感器的内部中警报标志会被设置成检测到的温度超出范围。图3-1DS18B20外形和管脚排列DSl8B20的硬件连接DSl8B20有一个特点，它可以在没有外部供电的情况下进行工作，当总线高电平时能量由单线上拉电阻经过DQ引脚获得。高电平同时充电一个内部电容，当总线低电平时由此电容供应能量。这种供电方法被称为“寄生电源”。另外一种选择是DSl8B20由接在VDD的外部电源供电如图3-2所示。该图使用寄生电源方法将DS18B20的VDD和GND连接在一起。如果VDD断开连接并且未正确连接[3]，则传感器将仅发送+85，O℃的温度值。通常，温度测量电缆采用屏蔽的4芯双绞线，其中一根接地并连接信号线，另一根接地至VDD并接地，并且屏蔽层在源端的单点接地。实际仿真中的电路连接如图3-3所示，DQ连接到MCUP2.7图3-2输入控制图3-3实际硬件连接输入控制的设计输入控制如图3-4所示，采用的按键控制，这样不仅减少的制作成本而且便于做。由三个按键组成，第1个按键为模拟出水按键，按下后电动机会转动模拟出水，第2，3个按键为设定温度按键，使用者，按下分别调高和调低设定温度。图3-4输入电路

液晶显示模块LM016LLM016L的结构及功能LM016L液晶模块，它是一种点阵型的液晶显示模块，用来专门显示数字符号，采用的是控制器HD44780，该控制器具有功能强大的命令集[4]，能实现字符的移动闪烁，LM016L模块由若干个5乘7或者5乘10的点阵字符位组成，每位和每行之间都有间隔，所以LM016L不能很好的显示图形，LM016L一般有14脚的和16脚的两种，多出来的两脚为背光电源线，LM016L与单片机可以通过8位或4位并行传输进行通信。CGRAM是留给用户写特殊字符的，它的容量只有64字节。可自定义8个5*7点阵字符或4个5*10点阵字符。LM016L液晶模块的引脚功能如图3-6所示。LM016L液晶显示模块引脚功能图3-5液晶显示模块实际硬件设计如图3-6所示图3-6液晶显示电路出水模块的设计(1)出水模块电动机的接口与P3.4/T0相连，当按下出水开关时，电动机B2口输出高电平，电动机开始转动模拟即热净饮系统出水如图3-7所示。图3-7出水控制的设计

加热模块的设计当b4输出低电平时，三极管处于截至区，集电极和发射极导通，接触器常开触点闭合，线圈通电加热。见图3-8。图3-8加热模块的设计报警模块的设计由蜂鸣器和三极管和一个电阻构成,当实际温度到达设定温度或者水沸腾时时，b3输入高电平，那么三极管反向导通蜂鸣器就会报警，硬件电路图如图3-9所示图3-9报警模块

即热净饮系统的软件设计系统分配方式将即热净饮系统的硬件模块设计好之后，接下来的任务就是对应每一个功能设计相应的代码来实现其功能，光有硬件没有软件不能实现任何功能，所以在单片机中，硬件和软件是分不开的，软件的设计分为4个部分，分别为总体布局，设计方法，程序设计还有软件的调试，第一步总体布局就是先规划一下整体的设计方案，将本次设计要实现的功能分别列出，结合硬件模块，初步确定实现方法并且分配合理的资源，第二步选择合适的设计方法，在设计单片机软件部分时，一个合理的软件结构对于我们来说非常重要，它是设计软件的基础，在编写的过程中我们应该培养结构化的编写习惯，把每一个功能都模块化或者子块化，主要有两种设计方案，第一种就是从上而下进行编写代码，它从主程序开始，然后用符号代替子程序，先编写主程序再编写其他子程序，最后就完成了整个软件部分的设计，第二种方案就是在单片机软件设计中非常常用的方案，模块化设计，模块化设计将整个程序拆分成许多个独立的小程序，每一个小程序就是一个模块，每个模块独立设计，编写调试并且互相不影响，每一个模块都包含一个大程序，模块化设计方便我们设计但是它也有个缺点就是有时候难以连接模块。模块化编程有许多优点，首先在模块化编程中，我们可以一个一个模块进行编写，而不用直接编写整个程序，这样不仅思路清晰，编写和调试起来也更加容易，检查出错也很方便，其次在模块化编程中，可以在不同条件下，甚至多个任务同时调用一个模块，模块程序还有一个优点就是能让设计者划分任务，并且能使用现有的程序，对我们使用者来说非常的便利。所以在即热净饮系统的设计中，我采用了模块化的设计，模块实质上就是将一个个功能分来开写。第三步就是程序设计，选择好软件设计方法，依照整体布局，对我们要实现的功能一一对照，写出相应的代码实现功能，第四步软件调试，软件设计完毕之后要进行检查，运行看看是否能实现其功能，由于我们选择的是模块化设计，所以在每一个模块之后都要进行检查，最后将所以模块整合在一起完成软件的设计在设计即热净水系统的软件部分时，主要模块由LM016L液晶显示模块，DS18B20温度检测模块，加热模块，报警模块等，还要主程序和延时程序等。

主程序设计复位电路和晶振电路都属于硬件电路，不用进行程序设计，其它的需要软件做好初始化。软件的初始化一般是以下几个步骤。(1)设定各IO口的初始状态，比如将连接键盘的输入输出口均设为1。(2)内存中需要赋初值的寄存器赋初值，比如上电后要显示的内容最好先赋个初值。(3)打开中断允许、启动定时器主程序如图3-1所示：图3-1主函数（a）图3-1主函数（b）各模块程序设计DS18B20温度检测程序设计DS18B20返回的16位二进制数就代表此时此刻传感器所检测到的的温度值，这16位二进制数中的高五位用于判断检测到温度值的正负，如果这五位都是1，那么说明检测到的温度是零下的，如果这五位都是0的话说明检测到的温度是正的，剩下的11位用于计算温度数值，代表着温度数据的绝对值，将绝对值转化为10进制以后再乘上0.0625就能得到检测的温度数据，在实际代码中也能看到这一步其程序段如图3-2所示：图3-2温度检测程序（a）图3-2温度检测程序（b）图3-2温度检测（c）

液晶显示程序设计LM016L的软件部分设计在硬件模块设计好之后，在写源程序时，需要根据液晶模块的时序图编写程序。LM016L的时序如图3-3所示。其程序段如图3-4所示：图3-3LM016L时序图3-4液晶显示程序(a)图3-4液晶显示程序(b)延时程序单片机编程里面没有真正的延时指令，我们一般通过让单片机去执行一些没有意义的指令来达到延时的功能。下面就是延时500ms的程序图3-5延时程序

其他程序图3-6其他程序净水模块设计小型净水系统的基本工作原理家用小型净水系统是自来水处理系统的缩小版，主要处理水中的杂质，有机污染物还有颜色等等，家用净水器通常由三部分组成：1.粗滤，2.吸附和3.细滤。精滤包括微滤，超滤，反渗透等[5]，其中吸附和精滤用于去除自来水中的有机物。作为主要的净水方法，它通常采用活性炭吸附，吸附和精细过滤的运行状态会直接影响净水器的水质，因此尤为重要。家用净水器中常用的过滤材料是活性炭，它是由碳质物质例如木质、煤质和石油焦等经过物理手段或者化学活化手段做成，活性炭有很极强的吸附力，因为它表面有许多细小的微孔并且具有极大的吸附面积，活性炭的吸附原理分为物理吸附和化学吸附，物理吸附就是依靠表面的范德华力，化学吸附就是炭表面的物质或者炭本身与被吸附物质发生反应。反渗透分离技术是一种高科技技术，它是利用物质分子的大小不同来实现的，其中膜的材质用高分子制作，把相同体积的浓溶液和淡溶液分别放在半透膜的两端，这时淡溶液中的溶剂就会跑到浓溶液当中，会导致浓溶液的高度高于淡溶液，这个高度差就是渗透压，这时在浓溶液上增加一定压力驱使浓溶液中的溶剂流向淡溶液，这就是反渗透的含义，R/O反渗透技术是一项高科技成就，美国政府和美国国家航空航天局花费了数亿美元来解决月球上宇航员的饮用水问题。成本较高，适合水质较差的地区。复合型的小型净水器，如果单单靠一个过滤程序无法去除水源中的杂质，有害物质等，那么就需要使用两个或者多道程序来净水，俗称复合型，净水程序有好多如反渗透，紫外线杀菌，微滤，纳滤等等，复合型净水器中膜技术复合净水器使用效果好，在去除微生物等方面性能优异。滤媒型的家用净水器，随着人类的发展，农药在农业中越来越普遍，许多水源都被农药所污染，传统的净水器很难清除这些有机物，因此，有必要提高水的净水效果，滤媒净水器能够有效得去除水中的污染物（氯，杀虫剂，农药等），而且它能够保留对人体有益的元素，现在市场上先进的过滤介质有活性碳纤维（ACF），活性炭纤维是一种新型的功能性纤维，它与普通的活性炭不同，呈纤维状，在水中吸附能力比普通活性炭高5-6倍，吸附速率则快100-1000倍，它的吸附能力和速率与工艺有关，它是继粉末活性炭，颗粒活性炭之后的第三代新型吸附材料。小型净水器净水技术小型净水器使用的技术大体上可以分为4种，其中占比最大的就是介质过滤法，它基于活性炭的吸附作用，能吸附水中一部分杂质，占比约为百分之55，占比第二的就是膜法，它基于微滤，超滤，纳滤还有反渗透，占比约为百分之36，其余两种占比较少，杀菌功能是主要的理化消毒方式，还有一种水质调解方法基于电解和软化。基于活性炭的介质过滤法有许多特点，它可以去除水中里的颜色和异味来改善水的味道，还能去除水中的各自有机污染物，主要来自于人类的排放物，它也能去除一些自来水厂在水消毒之后残留的一些氯和二卤甲烷等等，所以很多净水系统中都采用了活性炭当过滤介质，在原水中，有机污染物的分子量一般都大于500，活性炭有一个缺点，在使用活性炭吸附这些杂质1到2个星期以后，由于有机污染物的吸附，细菌繁殖会增快，同时在H2O中氧元素的作用下，活性炭会发生生物氧化，这样会让水里的氨氮转化为亚硝酸盐氮，所以在活性炭净水器的使用中，会发现NO2的含量会增加，为了让亚硝酸盐氮不在增加，后来发现在净水装置中加百分之30的碳可以有效解决这一些问题。膜法也是净水技术中的一种，它包含MF,UF,NF,RO四个部分。净水能力也从前往后依次排列。（1）微滤技术（MF）在膜法当中应用最为广泛，但是它的过滤效果一般，所以一般都用在复合净水系统的第一步作为初步的过滤，微滤过滤和许多PP过滤器件，活性炭一样，都是过滤一些水中直径较大的杂质例如小石子，沙子等等，微滤的过滤范围大致在0.1-30微米，微滤过滤不能过滤水中的微生物，细菌和病毒，在和超滤膜和反渗透膜这些膜法一起使用是，它常常安装在最前面，因为这样可以有效的保护其他两个膜，可以延长整个净水系统的寿命。（2）超滤技术也是膜法当中的一种，它利用一种压力活性膜，通过施加压力使原水在经过压力活性膜的时候留下大分子的杂质，而水分子和一些分子量小的物质就会经过活性膜以此来达到净水的效果，超滤技术使用的过滤膜的孔径一般都为0.001-0.02，所以超滤技术可以清除水中的有机物，在净水技术中，超滤技术使用的非常普遍，它经常被运用与反渗透的预处理阶段，但是超滤也有一缺点，由于杂质在压力活性膜上堆积太多，会影响净水和透水的效果，出现一种叫做浓差极化的现象，因此在使用超滤技术的时候要采用最佳的工艺和运行手段，来控制浓差极化对透水效果的影响。超滤技术由于使用方便，分离装置简单，出水的水质非常好而且容易控制和维护，所以在现代净水装置中，很大一部分代替了老的预处理装置，（3）纳滤技术作为膜法当中的一种，净水能力仅次于反渗透，它可以将一些分子质量很小的杂质从水中过滤出来例如无机盐，葡萄糖等，所以纳滤技术又被称为低压反渗透，它的孔径范围在几个纳米附件，纳滤技术的出现可以追溯到1970年，在80年代中期，纳滤技术作为商品化在中国发展很快，纳滤技术的原理和超滤技术的原理类似，但是纳滤技术所采用的过滤膜和超滤技术不同，它采用的是荷电膜，荷电膜能进行电性吸附，在过滤的时候反渗透膜所需要的压力比纳滤膜所需要的压力要大，在分离原理上纳滤技术和反渗透技术略有不同，由于纳滤技术在分离技术上的特性，能够在低压的环境下有效的过滤无机盐，并且纳滤膜还具有电荷性，纳滤技术被广泛使用在生活污水处理，印染厂，热电厂二次废水等环境中。（4）反渗透技术作为膜法当中的一种，净水能力最强，反渗透膜能截留1x10-4微米的物质，所以反渗透技术的废水率也略高，它是一种超高精度的膜分离技术，反渗透技术最早用于太空，美国人为了让宇航员在宇宙中能够将尿液回收，在医学上，用于尿毒症病人的透析也是采用了这个技术，在所以膜分离技术当中，国内发展最快，应用最广的就是反渗透技术，从1995年以来，每年的反渗透膜使用量都大约增加百分之20.本系统采用的净水装置此水净化设计采用多级预过滤,之后再经过反渗透膜，最后经过紫外线消毒杀菌，这样可以截留大多数有害细菌和有害物质，同时保留对人体有好处的矿物质元素，这样确保了过滤后的水无色无味，清除了大量的杂质和微生物，能够顺利的完成即热净饮系统当中的净水任务。首先，通过多级预过滤器，多级预过滤器为两部分组成，第一部分是由活性炭和pp棉组成完成粗滤任务，能够清除大量的大分子杂质例如泥沙，胶体等等，也能将一些带有颜色的污染水源变成无色，多级预过滤器的第二部分由我们的超滤膜组成，在第一部分的简单过滤之后，超滤膜利用膜之间较小的间隙来过滤第一部分没有过滤的一些小分子杂质，也能过滤一些有机物，超滤膜是在超滤过程中使用的人造渗透膜。一种聚合物半透膜，可从溶液中分离出一定大小的聚合物胶体和悬浮颗粒。在经过多级预过滤程序以后，剩下的水源会经过反渗透膜作最后的过滤工作，反渗透膜能过滤一些分子质量很小的杂质，所以将反渗透膜放在后面作收尾工作，在经过多级预过滤器和反渗透之后，经过紫外线消毒杀菌阶段，紫外线由于特殊的波段能破坏微生物的核酸结构从而有强大的杀菌作用。在本次即热净饮系统的设计当中，净水装置放置在加热系统之前。

调试及性能分析调试在proteus仿真软件中进行调试，我们将Keil5中编译好的程序生成.hex文件，在proteus软件中双击主控系统，在programFile一栏中找到我们的.hex文件并添加，首先观察有无报错情况，在没有错误的情况下，通过按键和显示模块的显示情况来调试。下面演示各个模块的仿真情况。出水电路模块的仿真在电源指示灯常亮的情况下按下第一个按键出水键，电动机就会转动，代表着即热净饮机开始出水如图6-2所示。 图6-2出水模块的仿真加热模块电路的仿真当使用者设定的温度大于实际温度时，即热净饮系统会自动加热，加热指示灯（红灯）会亮起，同时电阻丝也会发光发热，如图5-3所示。图6-3加热模块的仿真显示模块电路的仿真本次单片机仿真使用了LM016L液晶模块当显示屏，通过LM016L来显示当前和实际温度数据，当前温度由温度传感器检测到温度再经过单片机显示到液晶显示屏上，当设定温度大于当前温度时，即热净饮系统会自动开启加热，加热指示灯（红灯）会亮起，同时电阻丝也会发生变化，当前设定温度为99摄氏度，实际温度为38摄氏度。如图6-4所示图6-4显示电路的仿真

报警电路的仿真(1)当水到达100度沸腾时，即热净饮系统的报警模块会发生作用，蜂鸣器会报警发出蜂鸣声，同时即热净饮系统会停止加热，加热指示灯会熄灭，电阻丝也不再工作，如图6-5；图6-5水沸腾时报警(2)当即热净饮系统的实际温度到达我们使用者设定的温度时，报警电路也会发生作用，蜂鸣器报警的同时系统自动停止加热，加热指示灯熄灭，此时设定温度为25℃，实际温度也加热到了25℃，如图6-6所示图6-6水加热至设定温度时报警(25℃)

设定温度的仿真测试设定温度功能能否正常使用，按下上升温度键，液晶显示屏上设定的温度会往上升，按下降低温度键，液晶屏上设定的温度会下降。性能分析本次即热净饮系统的设计中，89C52能够很好的协调各个模块进行运行，温度传感器DS18B20的测温精度能够很好的满足系统的要求，DS18B20的测温范围是-55℃～+125℃，水温范围为0-100℃，匹配度非常高，液晶显示模块也能显示当前温度和设定温度，通过keil软件和proteus硬件的仿真，各个模块的功能都得以实现，其中净水系统也完全能满足家用，所以本次设计实现了预期的设计圆满成功。总结和展望通过这一次