專利名稱：大功率高頻電磁阻垢水處理控制系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種水處理系統(tǒng)，特別是涉及一種大功率高頻電磁阻垢水處理控 制系統(tǒng)裝置。
背景技術(shù)：
目前，火電廠冷卻塔循環(huán)水冷卻裝置處理水垢所采用的方法主要是化學(xué) 方法，在水中加入阻垢劑，這導(dǎo)致處理成本增加，產(chǎn)生二次污染。隨著國家對環(huán)保要求的標(biāo) 準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，無污染的物理阻垢方法受到了普遍關(guān)注?，F(xiàn)有的物理阻垢主要采用電磁阻垢技術(shù)，通過向水中施加高頻電磁場而實(shí)現(xiàn)對水 的處理。電磁場改變了水原有的分子結(jié)構(gòu)，使較大的締合水分子變成較小的締合水分子集 團(tuán)，甚至單個(gè)水分子。這些活性較強(qiáng)的水分子聚集在已形成的晶核周圍，破壞了碳酸鈣晶體 的結(jié)晶條件，抑制了晶核的長大。此外，高頻電磁場處理既加速了晶核的生成，又抑制了晶 核長大，碳酸鈣晶粒起到晶種的作用，使得碳酸鈣的結(jié)晶快速進(jìn)行。不過，碳酸鈣快速結(jié)晶 一般會(huì)得到不穩(wěn)定晶型，從而導(dǎo)致一部分堅(jiān)硬的方解石向松軟的文石轉(zhuǎn)變。高頻電磁阻垢技術(shù)的核心部分是高頻脈沖發(fā)生器，而現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是目前大 多數(shù)高頻脈沖發(fā)生器輸出功率都很低，頻率不可調(diào)，電壓幅值不可控，工作模式比較單一， 應(yīng)用的環(huán)境比較受限，不利于高頻電磁阻垢機(jī)理研究。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的問題在于提供一套頻率和輸出功率都可以調(diào)節(jié)的大功率 高頻電磁阻垢系統(tǒng)裝置，要求系統(tǒng)具有多種工作模式，能夠根據(jù)不同的水處理環(huán)境產(chǎn)生不 同頻率的高頻信號以及不同功率的高頻電磁場，使得電磁阻垢效果更佳。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種大功率高頻電磁阻垢水處理控制系統(tǒng)裝 置，包括一個(gè)設(shè)置有陽極和陰極的水處理腔以及為所述水處理腔提供高頻信號的信號發(fā)生 器；其關(guān)鍵在于所述信號發(fā)生器由信號發(fā)生電路和功率放大電路組成，在信號發(fā)生 電路中設(shè)置有微控制器，該微控制器上連接有溫度/流速檢測器、電導(dǎo)率/PH檢測器、鍵盤、 LCD顯示器以及數(shù)字頻率合成器，所述微控制器接收所述溫度/流速檢測器和電導(dǎo)率/PH檢 測器檢測的數(shù)據(jù)以及鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，控制所述數(shù)字頻率合成器輸出的高頻信號的頻率；所述數(shù)字頻率合成器上連接有有源晶振，該數(shù)字頻率合成器輸出的高頻信號經(jīng)所 述功率放大電路放大后加載到所述水處理腔的陽極和陰極上；所述IXD顯示器用于顯示所述溫度/流速檢測器和電導(dǎo)率/PH檢測器所檢測的數(shù) 據(jù)以及鍵盤所輸入的數(shù)據(jù)。冷卻塔中的冷卻水在水處理腔中進(jìn)行處理，該水處理腔的陽極和陰極上加載有大 功率高頻信號，從而在腔體內(nèi)形成高頻磁場，實(shí)現(xiàn)電磁阻垢。所述大功率高頻信號通過信號 發(fā)生器產(chǎn)生，該信號發(fā)生器由信號發(fā)生電路和功率放大電路組成，信號發(fā)生電路主要產(chǎn)生一個(gè)高頻信號，而功率放大電路則是進(jìn)行功率放大，信號發(fā)生電路的核心部分為微控制器 和數(shù)字頻率合成器，所述數(shù)字頻率合成器外接有源晶振，可以實(shí)現(xiàn)頻率合成，而且輸出相位 和頻率可調(diào)，具體的調(diào)節(jié)和控制通過微控制器實(shí)現(xiàn)。在微控制器上連接的溫度/流速檢測器以及電導(dǎo)率/PH檢測器，可以對處理水的 溫度、流速、PH值以及電導(dǎo)率進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，檢測結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在所述LCD顯示器上，檢測 人員可以通過檢測的結(jié)果對輸出的高頻信號進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，比如修改高頻信號的頻率。微控制器也可以進(jìn)行輸出頻率的自動(dòng)調(diào)整，在微控制器內(nèi)固化有控制程序，通過 分析檢測到的PH值以及電導(dǎo)率，確定出最佳的處理效果時(shí)的頻率點(diǎn)，并將該頻率點(diǎn)作為高 頻信號的輸出頻率。微控制器內(nèi)還可以固化頻率掃描程序，使得系統(tǒng)的輸出頻率在某一頻段內(nèi)按掃 頻的方式呈周期性的循環(huán)變化，以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。所述微控制器上還連接有上位機(jī)，該上位機(jī)用于存儲(chǔ)和處理所述溫度/流速檢測 器和電導(dǎo)率/PH檢測器所檢測的數(shù)據(jù)。微控制器將溫度/流速檢測器以及電導(dǎo)率/PH檢測器所檢測的結(jié)果上傳到上位機(jī) 中，上位機(jī)具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，可以通過上位機(jī)的處理更直觀的顯示出檢測結(jié)果，比 如上位機(jī)可以通過條形圖或波形圖等形式來顯示檢測數(shù)據(jù)的變化情況。所述上位機(jī)、溫度/流速檢測器以及電導(dǎo)率/PH檢測器與所述微控制器均通過DB9 接口連接，在微控制器上設(shè)置有第一通信端口組和第二通信端口組，所述微控制器的第一 通信端口組的兩根引腳分別與所述串口芯片的第12管腳和第11管腳連接連接，所述微控 制器的第二通信端口組的兩根引腳分別與所述串口芯片的第9管腳和第10管腳連接連接， 所述串口芯片的第8管腳和第7管腳分別與第一 DB9接口的第3腳和第2腳連接，該第一 DB9接口用于連接所述電導(dǎo)率/PH檢測器；所述串口芯片的第13管腳和第14管腳分別與第二 DB9接口的第3腳和第2腳連 接，該第二 DB9接口用于連接所述溫度/流速檢測器中的溫度傳感器；所述串口芯片的第13管腳和第14管腳還分別與第三DB9接口的第3腳和第2腳 連接，該第三DB9接口用于連接所述上位機(jī)。DB9接口即為常用的RS232串口，通過串口芯片將微控制器的兩路串行通信端口 轉(zhuǎn)換為RS232接口，使其與外部的傳感器和上位機(jī)連接。所述功率放大電路由MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、全橋功率放大電路以及可調(diào)直流電源組 成，其中MOSFET驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置有光耦芯片和MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片，所述數(shù)字頻率合成器的高 頻信號輸出端與所述光耦芯片的輸入端連接，該光耦芯片的輸出端連接在所述MOSFET驅(qū) 動(dòng)芯片的輸入端上，該MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端與第一二極管的正極連接，該第一二極管 的負(fù)極與第一 MOS管的柵極連接，該第一 MOS管的源極與第三二極管的正極連接，該第一 MOS管的漏極與直流電源連接，所述第三二極管的負(fù)極連接第四二極管的正極，該第四二極 管的負(fù)極連接第二 MOS管的漏極，該第二 MOS管的源極接地，該第二 MOS管的柵極連接第 二二極管的正極，該第二二極管的負(fù)極連接所述第一二極管的正極；所述第一二極管的負(fù)極還與第二電阻的一端連接，該第二電阻串聯(lián)第三電阻后與 所述第二 MOS管的柵極連接；所述第一 MOS管的源極還與第四電阻的一端連接，該第四電阻的另一端串聯(lián)第五電阻后與所述第二 MOS管的漏極連接；所述第三二極管的負(fù)極還經(jīng)第七電阻接地，在第三二極管的負(fù)極上還與第六電阻 的一端連接，該第六電阻的另一端驅(qū)動(dòng)所述全橋功率放大電路中的開關(guān)管；所述可調(diào)直流電源加載到所述全橋功率放大電路中的開關(guān)管上，用于改變系統(tǒng)的 輸出功率。全橋功率放大電路綜合半橋以及推免式電路的優(yōu)點(diǎn)，使得電流不變，而極間電壓 為單級結(jié)構(gòu)極間電壓的一半。電路中的MOS管工作在D類開關(guān)狀態(tài)，整個(gè)功率放大電路的 效率可達(dá)80%，四個(gè)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路模塊通過高速光耦相互隔離浮地，高頻信號發(fā)生電路 產(chǎn)生兩組反相的脈沖信號，經(jīng)MOSFET驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)理成為驅(qū)動(dòng)電流，適于控制MOS管的信號， 這兩組信號分別控制兩個(gè)半橋電路在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通半個(gè)周期時(shí)間。通過調(diào)節(jié)可調(diào)直流電源的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)功率放大電路的輸出電壓幅值可調(diào)。所述水處理腔為圓柱形腔體，該腔體為導(dǎo)電材料，其外殼為所述陰極，在腔體的正 中間軸向設(shè)置有一根金屬棒，該金屬棒為所述陽極。輸出的高頻信號加載到水處理腔的陽極和陰極之間，這樣可以在極間形成電流的 回路，從而產(chǎn)生高頻電磁場，流經(jīng)處理腔的液體作為動(dòng)態(tài)負(fù)載。當(dāng)冷卻水流經(jīng)過帶有高頻電 磁場的處理腔時(shí)，吸收電磁能量，從而提高冷卻水的活化性，改變碳酸鈣晶體的結(jié)構(gòu)和生成 速率，起到阻垢的作用。本實(shí)用新型所提供的大功率高頻電磁阻垢水處理控制系統(tǒng)裝置中的微控制器按 照以下步驟進(jìn)行控制第一步系統(tǒng)初始化開機(jī)后，微控制器首先對溫度/流速檢測器、電導(dǎo)率/PH檢測器以及IXD顯示器進(jìn) 行初始化，使得各種檢測設(shè)備通電工作；第二步進(jìn)入模式選擇通過鍵盤選擇系統(tǒng)的工作模式，所述工作模式分為自動(dòng)頻率調(diào)整模式、手動(dòng)頻率 設(shè)定模式以及頻率循環(huán)掃描模式；在鍵盤上直接按鍵即可選定系統(tǒng)的工作模式，在微控制 器內(nèi)固化有各種工作模式的控制子程序，按照不同工作模式下的控制程序，微控制器確定 輸出頻率f并控制數(shù)字頻率合成器輸出頻率為f的高頻信號；第三步檢測溫度、流速、PH以及電導(dǎo)率所述微控制器控制所述溫度/流速檢測器以及電導(dǎo)率/PH檢測器進(jìn)行溫度、流速、 PH以及電導(dǎo)率的檢測，并將檢測的結(jié)果顯示在所述IXD顯示器上；第四步選擇是否需要上傳數(shù)據(jù)通過所述鍵盤選擇是否需要將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，如果需要上傳數(shù)據(jù)，所述微控 制器則將檢測到的溫度、流速、PH值、電導(dǎo)率以及輸出高頻信號的頻率值上傳到所述上位機(jī) 上，數(shù)據(jù)上傳完成后，系統(tǒng)返回第二步重新調(diào)整輸出頻率，并將數(shù)據(jù)顯示在IXD顯示器上；如果不需要上傳數(shù)據(jù)，系統(tǒng)則直接返回第二步重新調(diào)整輸出頻率，并將數(shù)據(jù)顯示 在IXD顯示器上。如果采用手動(dòng)頻率設(shè)定模式，則用戶通過鍵盤直接設(shè)定高頻輸出信號的頻率值， 確認(rèn)輸入值后微控制器便控制數(shù)字頻率合成器合成設(shè)定頻率的高頻信號，該高頻信號通過 功率放大器放大后加載到水處理腔的陽極和陰極上，從而在水處理腔內(nèi)產(chǎn)生高頻電磁場，
6流經(jīng)水處理腔的冷卻水進(jìn)行處理。如果選擇頻率循環(huán)掃描模式，則微控制器直接控制所述數(shù)字頻率合成器，使得輸 出的高頻信號頻率在某一頻段內(nèi)連續(xù)變化，并且按照一定的周期進(jìn)行循環(huán)。如果選擇自動(dòng)頻率調(diào)整模式，則微控制器按照以下步驟進(jìn)行用于開始自動(dòng)頻率設(shè)定子程序的步驟通過鍵盤選擇系統(tǒng)工作模式為自動(dòng)頻率調(diào) 整模式，系統(tǒng)自動(dòng)開始自動(dòng)頻率設(shè)定子程序；用于設(shè)定初始頻率等于Π的步驟系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)頻率設(shè)定子程序后，自動(dòng)設(shè)置高 頻信號輸出頻率為Π ；用于測量PH值和電導(dǎo)率的步驟系統(tǒng)通過電導(dǎo)率/PH檢測器測試每一個(gè)頻率點(diǎn)對 應(yīng)的PH值和電導(dǎo)率；用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的步驟將每個(gè)頻率點(diǎn)對應(yīng)的PH值和電導(dǎo)率存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；用于頻率增加10KHZ的步驟按步進(jìn)為f2依次遞高頻信號的輸出頻率；用于判斷輸出頻率是否小于f3的步驟；如果輸出頻率小于f3，則用于返回測量PH值和電導(dǎo)率的步驟；如果輸出頻率不小于f3，則用于計(jì)算電導(dǎo)率最大時(shí)的頻率f4的步驟高頻信號的 輸出頻率范圍為fl f3，尋找測試結(jié)果中電導(dǎo)率最大的頻點(diǎn)f4 ；用于計(jì)算PH值最小時(shí)的頻率f5的步驟尋找測試結(jié)果中PH值最小的頻點(diǎn)f5 ；用于確定輸出頻率為(f4+f5)/2的步驟按照(f4+f5)/2求出高頻信號的輸出最 佳頻點(diǎn)；用于結(jié)束自動(dòng)頻率設(shè)定子程序的步驟。采用自動(dòng)頻率調(diào)整模式，微控制器控制數(shù)字頻率合成器按照輸出高頻信號頻率依 次遞增的方式進(jìn)行控制，其中頻率變化范圍為Π f3，步進(jìn)為f2，通過對每一個(gè)頻點(diǎn)的PH 值和電導(dǎo)率進(jìn)行檢測，尋找出電導(dǎo)率最大的頻點(diǎn)f4和PH值最小的頻點(diǎn)f5，最終控制器按照 (f4+f5) /2確定出高頻信號的最佳頻點(diǎn)，使得數(shù)字頻率合成器輸出頻率為(f4+f5) /2的高 頻信號，該高頻信號經(jīng)過功率放大電路后加載到水處理腔上，實(shí)現(xiàn)電磁阻垢。本實(shí)用新型的顯著效果是結(jié)構(gòu)簡單，效果良好，輸出高頻信號的頻率和功率都可 以根據(jù)具體的應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且系統(tǒng)具有多種工作模式，信號頻率既能通過手工設(shè) 定，又能通過系統(tǒng)自動(dòng)檢測而獲取，還能采取掃頻方式進(jìn)行輸出，擴(kuò)大了系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境， 水處理的效果也更佳。

圖1是本實(shí)用新型的電路系統(tǒng)框圖；圖2是全橋功率放大電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3是水處理腔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是微控制器的管腳分布圖；圖5是本實(shí)用新型中傳感器接口和上位機(jī)接口的電路原理圖；圖6是高頻信號發(fā)生電路的電路連接關(guān)系圖；圖7是MOS管的驅(qū)動(dòng)電路圖；圖8是微控制器內(nèi)的主程序流程圖；[0063]圖9是微控制器內(nèi)自動(dòng)頻率設(shè)定子主程序流程圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1，2所示，一種大功率高頻電磁阻垢水處理控制系統(tǒng)裝置，包括一個(gè)設(shè)置有 陽極61和陰極62的水處理腔6以及為所述水處理腔6提供高頻信號的信號發(fā)生器；所述信號發(fā)生器由信號發(fā)生電路和功率放大電路5組成，功率放大電路5是由 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、全橋功率放大電路以及可調(diào)直流電源VCC組成，信號發(fā)生電路中設(shè)置有 微控制器9，該微控制器9上連接有溫度/流速檢測器1、電導(dǎo)率/PH檢測器7、鍵盤8、IXD 顯示器2以及數(shù)字頻率合成器4，所述微控制器9接收所述溫度/流速檢測器1和電導(dǎo)率/ PH檢測器7檢測的數(shù)據(jù)以及鍵盤8輸入的數(shù)據(jù)，控制所述數(shù)字頻率合成器4輸出的高頻信 號的頻率；所述數(shù)字頻率合成器4上連接有有源晶振10，該數(shù)字頻率合成器4輸出的高頻信 號經(jīng)所述功率放大電路5放大后加載到所述水處理腔6的陽極61和陰極62上；所述IXD顯示器2用于顯示所述溫度/流速檢測器1和電導(dǎo)率/PH檢測器7所檢 測的數(shù)據(jù)以及鍵盤8所輸入的數(shù)據(jù)。所述微控制器9上還連接有上位機(jī)3，該上位機(jī)3用于存儲(chǔ)和處理所述溫度/流速 檢測器1和電導(dǎo)率/PH檢測器7所檢測的數(shù)據(jù)。如圖3，4所示，在具體實(shí)施過程中，所述微控制器9采用芯片型號為 DSPIC30F6010A單片機(jī)，通過穩(wěn)壓電源為單片機(jī)提供+5V直流電源，外部時(shí)鐘為10MHZ晶振， 所述數(shù)字頻率合成器4采用直接數(shù)字頻率合成器(DDS)芯片AD9850，該芯片具有分辨率高， 轉(zhuǎn)換時(shí)間短，相位聯(lián)系等優(yōu)點(diǎn)。AD9850內(nèi)含可編程DDS系統(tǒng)和高速比較器，能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編 程控制的頻率合成，AD9850芯片外接有40MHZ的有源晶振10，微控制器9采用并行方式與 所述數(shù)字頻率合成器4連接，可以通過輸出的數(shù)據(jù)信號和控制信號調(diào)整AD9850的輸出相位 和頻率，所述AD9850芯片的外部擴(kuò)展電路如圖4所示，該電路通常在芯片使用說明書中都 有相關(guān)工作原理說明，在此不再累述。如圖5所示，所述功率放大電路5由MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、全橋功率放大電路以及可 調(diào)直流電源組成，其中MOSFET驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置有光耦芯片Ul和MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片U2，所述 數(shù)字頻率合成器4的高頻信號輸出端Jl與所述光耦芯片Ul的輸入端連接，該光耦芯片Ul 的輸出端連接在所述MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片U2的輸入端上，該MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片U2的輸出端與 第一二極管Dl的正極連接，該第一二極管Dl的負(fù)極與第一 MOS管Ql的柵極連接，該第一 MOS管Ql的源極與第三二極管D3的正極連接，該第一 MOS管Ql的漏極與直流電源+15連 接，所述第三二極管D3的負(fù)極連接第四二極管D4的正極，該第四二極管D4的負(fù)極連接第 二 MOS管Q2的漏極，該第二 MOS管Q2的源極接地，該第二 MOS管Q2的柵極連接第二二極 管D2的正極，該第二二極管D2的負(fù)極連接所述第一二極管Dl的正極；所述第一二極管Dl的負(fù)極還與第二電阻R2的一端連接，該第二電阻R2串第三電 阻R3后與所述第二 MOS管Q2的柵極連接；所述第一 MOS管Ql的源極還與第四電阻R4的一端連接，該第四電阻R4的另一端 串第五電阻R5后與所述第二 MOS管Q2的漏極連接；[0074]所述第三二極管D3的負(fù)極還經(jīng)第七電阻R7接地，在第三二極管D3的負(fù)極上還 與第六電阻R6的一端連接，該第六電阻R6的另一端驅(qū)動(dòng)所述全橋功率放大電路中的開關(guān) 管；MOSFET驅(qū)動(dòng)電路采用集成的MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片MIC4451，可提供12A的峰值輸出電 流，實(shí)現(xiàn)MOSFET的高速導(dǎo)通。AD9850數(shù)字頻率合成器輸出的高頻方波信號通過HCPL2360 高速光耦芯片Ul進(jìn)行光耦隔離，隔離后的信號輸入到MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片MIC4451芯片U2的 輸入端，MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片U2的輸出端經(jīng)過第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、 第四二極管D4、第二電阻R2、第三電阻R3以及第一 MOS管Ql和第二 MOS管Q2等元件組成 的電路進(jìn)行信號調(diào)整，最終輸出合適的MOSFET驅(qū)動(dòng)信號，驅(qū)動(dòng)所述全橋功率放大電路中的 MOS 管。全橋功率放大電路中的MOS管選用高速大功率的ATP1001RBN，其開關(guān)頻率可達(dá) IMHz，工作在D類開關(guān)狀態(tài)，整個(gè)功率放大電路的效率可達(dá)80%以上。四個(gè)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路 模塊通過高速光耦相互隔離浮地。高頻信號發(fā)生電路產(chǎn)生兩組反相的脈沖信號，經(jīng)MOSFET 驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)理成為驅(qū)動(dòng)電流，適于控制MOSFET的信號。這兩組信號分別控制兩個(gè)半橋電路 在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通半個(gè)周期的時(shí)間。如圖6所示，所述上位機(jī)3、溫度/流速檢測器1以及電導(dǎo)率/PH檢測器7與所述 微控制器9均通過DB9接口連接，在微控制器9上設(shè)置有第一通信端口組RXl、TXl和第二 通信端口組RX2、TX2，所述微控制器9的第一通信端口組RX1、TX1的兩根引腳分別與所述串 口芯片MAX232的第12管腳RlOUT和第11管腳連接TlIN連接，所述微控制器9的第二通 信端口組RX2、TX2的兩根引腳分別與所述串口芯片MAX232的第9管腳R20UT和第10管腳 連接T2IN連接，所述串口芯片MAX232的第8管腳R2IN和第7管腳T20UT分別與第一 DB9 接口 J4的第3腳和第2腳連接，該第一 DB9接口 J4用于連接所述電導(dǎo)率/PH檢測器7 ；所述串口芯片MAX232的第13管腳RlIN和第14管腳TlOUT分別與第二 DB9接口 J3的第3腳和第2腳連接，該第二 DB9接口 J3用于連接所述溫度/流速檢測器1中的溫度 傳感器；所述串口芯片MAX232的第13管腳RlIN和第14管腳TlOUT還分別與第三DB9接 口 J2的第3腳和第2腳連接，該第三DB9接口 J2用于連接所述上位機(jī)3。傳感器信號和上位機(jī)通信信號均利用串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)約了單 片機(jī)的管腳，同時(shí)便于單片機(jī)內(nèi)部編程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。如圖7所示，所述水處理腔6為圓柱形腔體，該腔體為導(dǎo)電材料，其外殼為所述陰 極62，在腔體的正中間軸向設(shè)置有一根金屬棒，該金屬棒為所述陽極61。采用圓柱形腔體，腔體為導(dǎo)電材料。具體實(shí)施時(shí)，腔體長39cm，半徑為6cm，其陽極 為置于水管正中間的一根金屬棒(直徑8mm，長度約25cm)，外殼作為陰極。高頻信號發(fā)生器 的輸出的高頻信號加在陽極和陰極之間，這樣可以在極間形成電流的回路，流經(jīng)處理腔的 液體作為動(dòng)態(tài)負(fù)載。當(dāng)冷卻水流經(jīng)過帶有高頻電磁場的處理腔時(shí)，吸收電磁能量，從而提高 冷卻水的活化性，改變碳酸鈣晶體的結(jié)構(gòu)和生成速率，起到阻垢的作用。如圖8所示，所述微控制器9按照以下步驟進(jìn)行控制第一步系統(tǒng)初始化開機(jī)后，微控制器9首先對溫度/流速檢測器1、電導(dǎo)率/PH檢測器7以及IXD顯示器2進(jìn)行初始化；第二步進(jìn)入模式選擇通過鍵盤8選擇系統(tǒng)的工作模式，所述工作模式分為自動(dòng)頻率調(diào)整模式、手動(dòng)頻 率設(shè)定模式以及頻率循環(huán)掃描模式；選定工作模式后系統(tǒng)進(jìn)入各種工作模式的控制子程 序；微控制器9確定輸出頻率f并控制數(shù)字頻率合成器4輸出頻率為f的高頻信號；第三步檢測溫度、流速、PH以及電導(dǎo)率所述微控制器9控制所述溫度/流速檢測器1以及電導(dǎo)率/PH檢測器7進(jìn)行溫度、 流速、PH以及電導(dǎo)率的檢測，并將檢測的結(jié)果顯示在所述IXD顯示器2上；第四步選擇是否需要上傳數(shù)據(jù)通過所述鍵盤8選擇是否需要將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)3，如果需要上傳數(shù)據(jù)，所述微 控制器9則將檢測到的溫度、流速、PH值、電導(dǎo)率以及輸出高頻信號的頻率值上傳到所述上 位機(jī)3上，數(shù)據(jù)上傳完成后，系統(tǒng)返回第二步重新調(diào)整輸出頻率，并將數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示 器2上；如果不需要上傳數(shù)據(jù)，系統(tǒng)則直接返回第二步重新調(diào)整輸出頻率，并將數(shù)據(jù)顯示 在IXD顯示器2上。如圖9所示，所述自動(dòng)頻率調(diào)整模式的控制步驟有用于開始自動(dòng)頻率設(shè)定子程序的步驟通過鍵盤8選擇系統(tǒng)工作模式為自動(dòng)頻率 調(diào)整模式，系統(tǒng)自動(dòng)開始自動(dòng)頻率設(shè)定子程序；用于設(shè)定初始頻率等于10KHZ的步驟系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)頻率設(shè)定子程序后，自動(dòng)設(shè) 置高頻信號輸出頻率為10KHZ ；用于測量PH值和電導(dǎo)率的步驟系統(tǒng)通過電導(dǎo)率/PH檢測器7測試每一個(gè)頻率點(diǎn) 對應(yīng)的PH值和電導(dǎo)率；用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的步驟將每個(gè)頻率點(diǎn)對應(yīng)的PH值和電導(dǎo)率存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；用于頻率增加10KHZ的步驟按步進(jìn)為IOKHz依次遞高頻信號的輸出頻率；用于判斷輸出頻率是否小于IMHZ的步驟；如果輸出頻率小于1MHZ，則用于返回測量PH值和電導(dǎo)率的步驟；如果輸出頻率不小于1MHZ，則用于計(jì)算電導(dǎo)率最大是的頻率fl的步驟高頻信號 的輸出頻率范圍為10KHZ 1MHz，尋找測試結(jié)果中電導(dǎo)率最大的頻點(diǎn)f4 ；用于計(jì)算PH值最小時(shí)的頻率f2的步驟尋找測試結(jié)果中PH值最小的頻點(diǎn)f5 ；用于確定輸出頻率為(f4+f5)/2的步驟按照(f4+f5)/2求出高頻信號的輸出最 佳頻點(diǎn)；用于結(jié)束自動(dòng)頻率設(shè)定子程序的步驟。本實(shí)用新型的工作原理是利用微控制器9控制溫度/流速檢測器1和電導(dǎo)率/PH檢測器7對冷卻水進(jìn)行采 樣分析，主要選擇電導(dǎo)率和PH值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，由于電導(dǎo)率的變化反映了電磁場對水中雜 質(zhì)溶解度的影響。當(dāng)水中所含無機(jī)鹽的濃度降低時(shí)，電導(dǎo)率則隨之降低。經(jīng)電磁場處理后， 若溶液的電導(dǎo)率增大，則說明處理后溶液的離子濃度增加，即減少了結(jié)垢；反之若溶液的電 導(dǎo)率減小，則說明處理后溶液的離子濃度降低，部分成垢離子結(jié)合轉(zhuǎn)化為水垢。因此，處理 后的電導(dǎo)率越高，阻垢效果越好。
10[0107]而PH值表示溶液酸性或堿性程度的數(shù)值。PH是溶液中氫離子活度 的一種標(biāo)度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。水垢的主要成分為
CaCO3。溶液PH值的降低也能夠減弱CdiCO3成垢的趨勢，所以PH值越低說明阻垢效果越好。根據(jù)以上結(jié)論，微控制器9通過控制數(shù)字頻率合成器4輸出不同頻率的高頻信號， 分析各個(gè)頻點(diǎn)所檢測的電導(dǎo)率和PH值，最終可以確定出高頻信號的最佳頻點(diǎn)；在具體應(yīng)用中也可以由工作人員觀察每個(gè)頻點(diǎn)所檢測出的數(shù)據(jù)結(jié)果，通過鍵盤8 直接設(shè)置高頻信號的輸出頻率，由微控制器9控制數(shù)字頻率合成器4輸出所設(shè)定頻率值的 高頻信號，通過改變和觀察所設(shè)頻點(diǎn)的阻垢效果，最終確定出系統(tǒng)工作的最佳頻點(diǎn)；在微控制器9內(nèi)還固化有頻率掃描控制程序，工作時(shí)可以將系統(tǒng)的工作模式設(shè)定 為頻率循環(huán)掃描模式，微控制器9則控制所述數(shù)字頻率合成器4安照預(yù)設(shè)的周期，使得高頻 信號在IOKHZ IMHz的范圍內(nèi)周期性的循環(huán)輸出，以適應(yīng)不同的水處理環(huán)境。
權(quán)利要求1.一種大功率高頻電磁阻垢水處理控制系統(tǒng)裝置，包括一個(gè)設(shè)置有陽極(61)和陰極 (62)的水處理腔(6)以及為所述水處理腔(6)提供高頻信號的信號發(fā)生器；其特征在于所述信號發(fā)生器由信號發(fā)生電路和功率放大電路(5)組成，在信號發(fā)生 電路中設(shè)置有微控制器(9)，該微控制器(9)上連接有溫度/流速檢測器(1 )、電導(dǎo)率/PH檢 測器(7)、鍵盤(8)、IXD顯示器(2)以及數(shù)字頻率合成器(4)，所述微控制器(9)接收所述溫 度/流速檢測器(1)和電導(dǎo)率/PH檢測器(7)檢測的數(shù)據(jù)以及鍵盤(8)輸入的數(shù)據(jù)，控制所 述數(shù)字頻率合成器(4)輸出的高頻信號的頻率；所述數(shù)字頻率合成器(4)上連接有有源晶振(10)，該數(shù)字頻率合成器(4)輸出的高頻 信號經(jīng)所述功率放大電路(5)放大后加載到所述水處理腔(6)的陽極(61)和陰極(62)上；所述IXD顯示器(2)用于顯示所述溫度/流速檢測器(1)和電導(dǎo)率/PH檢測器(7)所 檢測的數(shù)據(jù)以及鍵盤(8)所輸入的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率高頻電磁阻垢水處理控制系統(tǒng)裝置，其特征在于所 述微控制器(9 )上還連接有上位機(jī)(3 )，該上位機(jī)(3 )用于存儲(chǔ)和處理所述溫度/流速檢測 器(1)和電導(dǎo)率/PH檢測器(7 )所檢測的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率高頻電磁阻垢水處理控制系統(tǒng)裝置，其特征在于所 述上位機(jī)(3 )、溫度/流速檢測器(1)以及電導(dǎo)率/PH檢測器(7 )與所述微控制器(9 )均通 過DB9接口連接，在微控制器(9)上設(shè)置有第一通信端口組(RX1、TXl)和第二通信端口組 (RX2、TX2)，所述微控制器(9)的第一通信端口組(RX1、TX1)的兩根引腳分別與所述串口芯 片(MAX232)的第12管腳(RlOUT)和第11管腳連接(TlIN)連接，所述微控制器(9)的第二 通信端口組(RX2、TX2)的兩根引腳分別與所述串口芯片(MAX232)的第9管腳(R20UT)和第 10管腳連接(T2IN)連接，所述串口芯片(MAX232)的第8管腳(R2IN)和第7管腳(T20UT) 分別與第一 DB9接口(J4)的第3腳和第2腳連接，該第一 DB9接口(J4)用于連接所述電導(dǎo) 率/PH檢測器(7)；所述串口芯片(MAX232)的第13管腳(RlIN)和第14管腳(TlOUT)分別與第二 DB9接 口( J3 )的第3腳和第2腳連接，該第二 DB9接口( J3 )用于連接所述溫度/流速檢測器(1) 中的溫度傳感器；所述串口芯片(MAX232)的第13管腳(RlIN)和第14管腳(TlOUT)還分別與第三DB9 接口( J2 )的第3腳和第2腳連接，該第三DB9接口( J2 )用于連接所述上位機(jī)(3 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率高頻電磁阻垢水處理控制系統(tǒng)裝置，其特征在于所 述功率放大電路(5)由MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、全橋功率放大電路以及可調(diào)直流電源VCC組成， 其中MOSFET驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置有光耦芯片(Ul)和MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片(U2)，所述數(shù)字頻率合成 器(4)的高頻信號輸出端(Jl)與所述光耦芯片(Ul)的輸入端連接，該光耦芯片(Ul)的輸 出端連接在所述MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片(U2)的輸入端上，該MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片(U2)的輸出端與 第一二極管(Dl)的正極連接，該第一二極管(Dl)的負(fù)極與第一 MOS管(Ql)的柵極連接， 該第一 MOS管(Ql)的源極與第三二極管(D3)的正極連接，該第一 MOS管(Ql)的漏極與直 流電源(+15)連接，所述第三二極管(D3)的負(fù)極連接第四二極管(D4)的正極，該第四二極 管(D4)的負(fù)極連接第二 MOS管(Q2)的漏極，該第二 MOS管(Q2)的源極接地，該第二 MOS管 (Q2)的柵極連接第二二極管(D2)的正極，該第二二極管(D2)的負(fù)極連接所述第一二極管 (Dl)的正極；所述第一二極管(Dl)的負(fù)極還與第二電阻(R2)的一端連接，該第二電阻(R2)串聯(lián)第 三電阻(R3)后與所述第二 MOS管(Q2)的柵極連接；所述第一 MOS管(Ql)的源極還與第四電阻(R4)的一端連接，該第四電阻(R4)的另一 端串聯(lián)第五電阻(R5)后與所述第二 MOS管(Q2)的漏極連接；所述第三二極管(D3)的負(fù)極還經(jīng)第七電阻(R7)接地，在第三二極管(D3)的負(fù)極上還 與第六電阻(R6)的一端連接，該第六電阻(R6)的另一端驅(qū)動(dòng)所述全橋功率放大電路中的 開關(guān)管；所述可調(diào)直流電源(18)加載到所述全橋功率放大電路中的開關(guān)管上，用于改變系統(tǒng)的 輸出功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率高頻電磁阻垢水處理控制系統(tǒng)裝置，其特征在于所 述水處理腔(6)為圓柱形腔體，該腔體為導(dǎo)電材料，其外殼為所述陰極(62)，在腔體的正中 間軸向設(shè)置有一根金屬棒，該金屬棒為所述陽極(61)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大功率高頻電磁阻垢水處理控制系統(tǒng)裝置，包括水處理腔和信號發(fā)生器，其特征在于信號發(fā)生器由信號發(fā)生電路和功率放大電路組成，在信號發(fā)生電路中設(shè)置有微控制器，在微控制器上連接有溫度/流速檢測器、電導(dǎo)率/PH檢測器、鍵盤、LCD顯示器以及數(shù)字頻率合成器，該裝置的控制方法采用了三種控制模式自動(dòng)頻率調(diào)整模式、手動(dòng)頻率設(shè)定模式以及頻率循環(huán)掃描模式，其顯著效果是結(jié)構(gòu)簡單，效果良好，輸出高頻信號的頻率和功率都可以根據(jù)具體的應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，信號頻率既能通過手工設(shè)定，又能通過系統(tǒng)自動(dòng)檢測而獲取，還能采取掃頻方式進(jìn)行輸出，擴(kuò)大了系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
文檔編號C02F5/00GK201817332SQ20102052880
公開日2011年5月4日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者何為, 葉曉杰, 席朝輝, 楊子康, 熊蘭, 王平, 程晨璐, 高標(biāo), 龍波 申請人:重慶大學(xué)