声明:本文涉及专业软件应用。本人未支付相关许可费用，承诺仅用于个人学习研究，不用于任何商业用途。

简介:本文主要介绍了自己制作的RO反渗透净水器(原文链接:https://post.smzdm.com/p/agqk7k0d/)控制箱的设计，包括控制电路、PCB、组装调试、单片机编程等硬件设计。其实这个东西淘宝上也有。之前想过直接买，但是没有适合我需求的。考虑到这个东西本身并不太复杂，自己做就好了，经历一个原型开发过程。

第1章:收集需求和控制逻辑

总体框图

根据我的净水系统方案，有三个输入信号(绿色五角星):

1.进水低压开关:用于检测断水，断水时防止水泵转动空;

2.RO出水高压开关:这其实是一个高低压开关，水压小于1.5kg时启动，水压大于2.5kg时关闭，不过我这里只使用它的关闭功能，因为每次都可以把桶里的水放出来，所以启动信号是3起的低压开关。

3.水桶低压开关:当水桶中的水完全用完时，该开关将闭合，并作为启动系统的信号。

有四个输出信号(蓝色四角星):

1.进气阀:其实所有的阀门都是一样的，都是常闭的，即通电时打开，断电时关闭。所以即使停电也不用担心。工作电压24V，电流100 mA以上。具体数值记不清了。

2.废水阀:用于RO膜清洗时排水。

3.加压水泵:输入20-40psi，输出70psi，向RO膜一次侧提供足够的水压，以获得反渗透纯水。这也是反渗透这个名字的由来，因为正常情况下，液体中的溶质从高浓度向低浓度扩散，在这里，溶剂被制得更纯，相当于溶质的积累，从而形成浓度更高的废水。一般是输出侧的溶质扩散回来，也就是反渗透。代价是需要高水压来保持系统工作。

4.冲洗阀:将纯水引回RO膜壳，替换RO膜原水侧的自来水。这样水压平衡后，一次侧的离子不会直接扩散到输出侧(因为一次侧的水中几乎没有杂质离子)。

如果没有冲洗过程，停机后，一次侧浓水中的离子会扩散到输出侧，最终形成平衡。然后直接把水储存在桶里，会稀释扩散的离子，整体效果其实不大(特别是这里用的是小容量的1812膜壳)。

控制逻辑比较清晰。简单来说，四个输出信号(加上几个指示灯)由三个输入信号控制，中间有一些组合逻辑状态。总流程图如下:

软件流程图

实际软件功能与流程图略有出入，主要是调试时做了一些改进，但流程图没有刷新。比如睡眠功能不做，因为单片机本身功耗已经很低了，所以我懒得做。制水过程中停止供水后，实际上是锁定状态，恢复供水自动开始制水。软件增加的细节包括:停止供水和恢复供水后对不稳定水压(气泡)的屏蔽措施，RO膜冲洗时关闭进水阀并延迟与冲洗阀的配合，原水预冲洗。(这个功能效果一般，因为减压阀的原因原水压力比较低)。实际故障指示灯可以通过闪烁频率区分故障类型。

其中第一次制水定时主要是为了防止停水后桶里的水用完，直饮水龙头忘记关，人不在家。此时供水恢复后会自动制水。另外，如果储水桶漏水严重，由于水桶的水压无法持续增加，在这个阶段就会被识别出来。

第二定时主要是防止储水桶或输出管道漏水，导致水压持续达不到上限，导致水泵持续工作。这时候就说明制水超时了。根据75G陶氏膜的说明书，在70psi的条件下，一小时产水差不多是17L。理论上3.2G的桶应该半小时左右就满了。

第二章:硬件设计

输入信号处理相对简单。是输入微动开关，电阻可以直接上拉。输出分为水泵(大电流约1.8A)和电磁阀(约100mA)，两者本质上都相当于线圈，即感性负载。由于负载平时不希望携带24V电压，所以全部设计为共地逻辑，TTL电平转换为24V给负载。原理如下:单片机通过低端小信号Nmos下拉高端Pmos的栅极，使Pmos导通，将电流引入负载。当二极管箝位电路关闭时，线圈产生的背压在端口处增加。3401因为电流能力强，所以水泵也用同样的电路，但是箝位二极管更大，因为电流大所以加了保险丝。

TTL电平变换到24V

最后。硬件防呆:即硬件保证在水泵信号和进水阀信号同时丢失的情况下，进水阀会比水泵晚关闭，可以防止管道水压低/负压(可能导致水泵工作电流突然增大)；另外，水泵和进水阀需要同时受输出高压开关控制(即使单片机死机，高压开关也能关闭水泵和进水阀)。这样，最坏的情况下，单片机出现异常，也不会导致严重后果。需要注意的是，此时需要提前给进水阀通电才能开始产水，因为这个阀的动作在硬件上是被水泵延迟的。

硬件互锁

其他的就比较常规了。制水指示灯和冲洗指示灯由硬件控制，与软件无关，所以在调试时可以清楚地看到硬件的动作。

为了方便购买材料，在单片机中放了两种包。更换了新版本的电路板，增加了输出扁平电缆的宽间距孔。最初考虑的扁平电缆连接器改为焊接连接器，因为使用的电缆太粗，无法操作。板子预留了屏幕接口，最后想了想。没有什么可显示的，所以我没有安装。毕竟在柜子里，一般没人去看。点屏幕很浪费电。

第3章:PCB和盒子

该板是由深圳JLC，一个负责任的企业在该行业。相信很多工程师朋友都在白嫖看过他的板。

PCB 3D效果图

我在淘宝上找到了这个盒子。就像免费赠送一样。店家大概没觉得我真的在开玩笑。。。。。我很震惊，两块多钱的盒子，你们居然防水。对了，组装电路的时候要注意，高低压开关和水阀都是需要插片连接的(找的时候找冷压端子，不仅要看宽度，还要看厚度)。不同品牌尺寸不同。而且买的时候也没有这个参数的说明。我通过物理测量找到了它，然后去了李闯商场，因为其他组件也是在他家买的。PS:单片机真的很贵。当年是几毛钱，现在多了几块钱。好在要求不多。我把旧的拆下来用了。

某宝的盒子

电路板放进盒子后，通过手动小工具，小盒子一热就会融化。硬件的朋友就不多说了，直到怎么做。

第4章:调试

调试时可以通过跳线或开关模拟几个输入信号，输出端临时接几个led也很方便。代码很复杂，就不放了。这么简单的一个控件，带流程图，基本上是不假思索的写出来的。在实际使用中，因为担心储水桶里的水排不干净，所以增加了储水桶低压开关启动后的延时，以保证管道里的水尽可能排干净。

欢迎大家交流。如果需要更多细节，也可以私信我。这个东西真的没有什么技术含量，只是作为一个原型开发过程。