摘 要： 由于材料和技術(shù)的局限,，目前國內(nèi)外人造霧系統(tǒng)的產(chǎn)霧量和水霧濃度均難以達(dá)到理想效果,。基于專利號ZL200520036911.6水霧發(fā)生技術(shù)研制的飛碟型景觀水霧機(jī),，對水,、氣、聲,、光進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,，環(huán)保節(jié)能，使水霧機(jī)的用途更加廣泛,，除了用于景觀的美化之外,，在除塵、灌溉,、防靜電,、調(diào)節(jié)小區(qū)氣候等方面都有重要的應(yīng)用,。
關(guān)鍵詞： 飛碟；七彩LED,；景觀,；水霧機(jī)；控制系統(tǒng),；控制算法
水霧機(jī)是一種把水變成霧的設(shè)備,，具有增加濕度、凈化空氣,、美化環(huán)境等功能,。目前，國內(nèi)外市場人造霧系統(tǒng)由于受材料和技術(shù)局限,，產(chǎn)霧量和水霧濃度均難以達(dá)到理想效果,，一般較為稀薄，且一旦噴頭固定,，霧形相應(yīng)固定[1],，若要改變霧的形狀或散射面，則需重新更換噴頭,。
與之相比,，單臺飛碟型水霧機(jī)所形成的水霧區(qū)散射直徑可達(dá)30 m~50 m，厚度可達(dá)0.5 m~2 m,，霧量足,，氣勢大，并且能根據(jù)不同的使用環(huán)境需求靈活調(diào)整出不同的霧狀景觀,。單機(jī)產(chǎn)霧量相當(dāng)于目前市場上人造霧系統(tǒng)350~450個噴頭的產(chǎn)霧量,。
1 基本原理
目前，國內(nèi)外市場人造霧系統(tǒng)的工作原理與噴灌系統(tǒng)類似,，主要是將普通的自來水通過高壓機(jī)組進(jìn)行加壓后,，再通過專用的高壓（7 MPa~30 MPa）輸配管道將水輸送到造霧現(xiàn)場,，最終利用耐高壓噴嘴將水轉(zhuǎn)換成霧[2],。所不同的只是噴頭的霧化效果、工作壓力和設(shè)備性能,。
與之相比,，飛碟型景觀水霧機(jī)是廣泛適用于室內(nèi)外的大型造霧機(jī)器，水電消耗少,，節(jié)能環(huán)保,。其霧化工作原理是通過輸入低壓空氣（0.75 MPa~1 MPa），在控制系統(tǒng)對氣閥和水閥的有效控制下,，將水由機(jī)器的內(nèi)構(gòu)核心裝置瞬間裂變成微米級水霧顆粒,，并從噴頭中射出,，大面積散發(fā)并懸浮于空氣中，從而形成室內(nèi)外觀賞性極佳的龐大水霧景觀[3],。
2 控制系統(tǒng)設(shè)計
2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計
基于簡單,、實用和可靠的原則，本系統(tǒng)采用AT 51S系列單片機(jī)作為控制核心,，主要包括輸入接口電路,、輸出控制接口電路、LED驅(qū)動電路和通信接口電路設(shè)計4個部分,。
輸入信號檢測：該部分主要為水位檢測和晝夜檢測,。
水霧機(jī)為預(yù)儲水工作方式，內(nèi)部配備了一個小水箱,，噴霧之前應(yīng)確保水箱內(nèi)已經(jīng)注滿水,。液位控制選擇了一種霍爾式浮子液位傳感器，該傳感器反應(yīng)靈敏,，輸出信號穩(wěn)定,，可以保證及時輸出缺水和水滿的信號供主板采集。
晝夜檢測采用了比較常用的光敏電阻加斯密特觸發(fā)器的控制方式,，通過對可調(diào)精密電阻的調(diào)節(jié),，設(shè)定對光線的感應(yīng)強(qiáng)度，達(dá)到輸出“晝,、夜”的控制信號,。晝夜檢測的目的主要是為了對七彩LED燈進(jìn)行控制，白天關(guān)閉,，夜晚開啟,。
輸出控制：霧化機(jī)的輸出控制主要為氣閥和水閥的控制。水閥控制是根據(jù)液位開關(guān)輸入信號適時打開水閥或者關(guān)閉水閥,，做好噴霧前的儲水準(zhǔn)備,。而氣閥控制則是根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)定，在預(yù)定的時間打開,，將低壓空氣輸入霧化機(jī)內(nèi)核,，進(jìn)行噴霧，并在預(yù)定的時間關(guān)閉,，實現(xiàn)間歇性循環(huán)噴霧,。該部分電路采用了可控硅BTA06作為主控元件，如圖1所示,。圖中標(biāo)號DCF-WTR為單片機(jī)的一個輸出引腳,，表示對水閥的控制。氣閥的控制電路與之相同。
LED驅(qū)動電路：本系統(tǒng)共設(shè)計安裝LED小七彩燈30個,，與28個噴頭共同均勻分布于飛碟的上球面,；LED七彩射燈12個，上碟面6個,，下碟面6個,。每盞燈均由紅（R）、綠（G）,、藍(lán)（B）三種顏色的多只LED串并聯(lián)組合,。主控板設(shè)計小七彩燈座8個，七彩射燈座8個,，每個燈座最多可并聯(lián)4盞燈,。由于每盞燈均由R、G,、B三種顏色組成,，8個燈座則需要3個8位端口，再加上8個射燈座,，因此一共需要6個8位端口,。利用單片機(jī)的P0口作為LED驅(qū)動基本端口，通過一個3-8譯碼器進(jìn)行并行擴(kuò)展[4],，這樣,，每個燈座都會有一個確定的控制地址。
通信接口電路：為了便于通過上位機(jī)對多臺水霧機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制,，達(dá)到景觀現(xiàn)場的動態(tài)噴霧效果,，本系統(tǒng)預(yù)留了RS-485總線接口電路，如圖2所示,，該接口采用了75176通信芯片,，并通過三極管9014實現(xiàn)自動收發(fā)轉(zhuǎn)換[5]，簡化了程序的編制,。數(shù)據(jù)線上采用2個1 kΩ和1個510 Ω的電阻保證正常的收發(fā)并增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力,。
2.2 控制軟件設(shè)計
2.2.1 控制算法設(shè)計
由于程控水霧機(jī)一般在一個廣場上多臺分布，聯(lián)動控制,，在沒有上位機(jī)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制（即脫機(jī)狀態(tài)）的情況下,，需要設(shè)定一個聯(lián)動控制方案。要求如下：一個景區(qū)可設(shè)置若干臺水霧機(jī),，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,，這些機(jī)器可分成最多40組（每組1~3臺）,，同一組的霧化機(jī)在設(shè)定的時間同時噴霧,，每次噴霧2 min。相鄰組的水霧機(jī)在上一組噴完后,，等待1 min,，然后開始噴霧,，如此循環(huán)往復(fù)。另外,，首次上電時,，需要給水霧機(jī)的水箱注水，水滿后才可以噴霧,，預(yù)注水時間設(shè)置為6 min,。
根據(jù)以上分析，在編程時對單片機(jī)的定時器分配如下：
T0：用于檢測光感器和水箱液位高度信號,；
T1：用于噴霧計時,，即2 min后關(guān)閉氣閥，停止噴霧,，以5 s為最小計時單位,；
T2：用于噴霧前的延時定時，以0.5 min為最小計時單位,，首次上電延時為TS min,，以后每隔TF min后噴霧一次。
2.2.2 軟件流程設(shè)計
本系統(tǒng)控制軟件實質(zhì)就是針對噴霧起,、止時間的精確控制,，因此定時器中斷服務(wù)程序的設(shè)計是本程序的重點，而主程序的任務(wù)比較簡單,，就是對七彩燈交替變化的控制,，若為白天，則關(guān)閉所有燈光,；若為夜晚,，則開啟燈光。主程序流程如圖4所示,。
根據(jù)前述定時器的分配情況,，T1和T2的服務(wù)程序是編制的重點。由于所選取的晶振不同,，時鐘周期也不相同,，為了控制精確，相關(guān)的延時常數(shù)務(wù)必要根據(jù)具體的晶振頻率計算準(zhǔn)確[6],。T1定時器的程序比較簡單,，只要計時到2 min，輸出控制關(guān)閉氣閥即可,，停止噴霧,，同時適當(dāng)減低背景音樂的音量，以適應(yīng)周圍的環(huán)境。
T2定時器進(jìn)入中斷后,，除了常規(guī)的現(xiàn)場保護(hù)以外,，還要判斷本次中斷是否為首次上電情況下的中斷，這涉及到噴霧前的延時是選用TS還是TF,。若計時已到,，則輸出控制打開氣閥，開始噴霧,，同時適當(dāng)加大背景音樂的音量,，烘托景觀的氣氛；若計時未到,，則恢復(fù)現(xiàn)場,，退出中斷服務(wù)程序。具體流程如圖5所示,。
該系統(tǒng)已形成實際的產(chǎn)品,，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，在除塵,、灌溉,、防靜電、調(diào)節(jié)小區(qū)氣候等很多方面都具有重要的應(yīng)用,，同時能美化環(huán)境,。經(jīng)實踐應(yīng)用證明，系統(tǒng)控制精確,，穩(wěn)定可靠,，環(huán)保節(jié)能，可進(jìn)行批量生產(chǎn)推廣,。
參考文獻(xiàn)
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