CN108408826A - 基于物联网的等离子废水处理系统的交流电源 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网的等离子废水处理系统的交流电源，其包括：电压检测器，用于检测输入到整流器的电压；过零检测电路的两信号入端连接于变压器初级线圈，用于检测输出电压的周期；反相器，其输入端连接于过零检测器的信号输出端，输出端分别连接于第一与门的第一输入端和第二与门的第一输入端；方波产生器，其信号输出端分别连接于第一与门的第二信号输入端和移位寄存器的时钟端；比较器，其反相端连接于电压检测器的信号输出端，同相端连接于第二初级线圈，输出端连接于移位寄存器的信号输入端；移位寄存器，其信号输出端连接于锁存器的信号输入端；锁存器，其信号输出端连接于第二与门的第二信号输入端，第二与门的信号输出端经驱动器提供给控制器，控制器根据输入的信号控制电开关的工作状态。本发明提供的交流电源输出电压峰值为常数，即使输入电压变化。

Description

基于物联网的等离子废水处理系统的交流电源

技术领域

本发明涉及一种基于物联网的等离子废水处理系统的电源，尤其涉及输出稳定性高的交流电源。

背景技术

水是生命之源,是人类赖以生存的最基本的物质之一，是地球上不可替代的自然资源，当今人类社会所面临许多问题都和水资源的质量密切相关，随着工业化进程和人口的不断增加，以及人类生活水平的不断提高，社会需水量大幅度增加,水资源供需矛盾日益突出，另一方面，人口、经济、技术和城市化的发展，使得固体、液体和气体废弃物产生量越来越大，而且大部分是自然界中从未发现过的新化合物，据资料统计每年约有(3-4)×10⁸t的有害毒物进入环境,据估计已有8-10万种化学物质进入了人类环境,世界各地每天将数以千百万吨计未经处理的污染水排入江、河、湖、海等水域,由此给社会生产和经济发展带来不可估量的损失,尤其给人类的生存造成很大威胁。水体中有毒有害化学物质、微生物、重金属的含量不断提高，造成水环境日益恶化,并对人类的健康及其生产!生活构成严重威胁。水资源的短缺与污染是当今世界所面临的严重问题之一，我国是一个水资源十分匾乏的国家，近年来，随着我国经济的高速发展，产生了大量对环境有害的废水，饮用水源受到严重污染，并呈发展趋势，随着我国各地区水体污染状况的发展,源水水质不断恶化,众多河流受到污染,成为微污染水,丧失了饮用水水源的功能和作用,直接影响到社会生产和人民生活。微污染水源水是指受到有机物污染,部分水质指标超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)类水体标准的水体,一般是由于工业、农业和生活等方面产生的污水未经适当处理,直接排入供水水源所导致的，这类水中所含的污染物种类较多，性质较复杂,但浓度比较低，微污染水主要含有微量有机物、农药、氨氮等有害污染物，特别是高稳定性的溶解性有机污染物，如硝基化合物、多环芳烃等,对人体污染危害较大，随着人民生活质量的不断提高,人们对饮用水水质的要求越来越严格,而饮用水中所存在的微量有机污染物危害大且难于去除。水源水污染的严重性及如何才能保证饮用水的安全性,已引起国内外广泛关注。各种新型微污染水源水处理技术也不断涌现,并已成为当前水处理研究领域的热点。现有的各种对微污染水源水的净化处理方法都具有一定的适用范围和优缺点,目前还没有哪一种方法能够彻底的解决水污染问题，而且,随着水质标准的不断提高，要求将更加严格。因此，积极开展新型组合技术及高效低耗预处理技术的研究,成为当前水处理研究领域的热点。目前水厂的氯化工艺不仅无法有效去除有机物,而且氯化过程还可能产生对人体健康危害极大的有机氯化合物，此类有机氯化合物很稳定,难以被一般的处理方法所去除。

为克服上述问题，公开号为CN103219913A的专利申请公开了一种用于等离子体污水处理系统的高压脉冲电源，但是其仅是将输入电压倍增生成高压脉冲，其输出的电压峰值受输入电压的峰值的影响。

发明内容

为解决上述问题，本发明的发明目的是提供一种交流电源，其输出电压峰值为常数，即使输入电压变化。

为实现所述发明目的，本发明提供一种交流电源，其包括控制器、整流器、电开关和变压器，所述整流器用于将交流电转换为脉动直流电；变压器包括第一初级线圈、第二初级线圈和次级线圈，控制器控制电开关以将脉动直流电施加于第一初级线圈上，并从次级线圈输出施加于等离子电极上交流电，其特征在于，电源还包括输出周期检测电路，控制器根据输出周期检测电路提供的信息控制电开关的工作状态，从而提高电源输出的稳定性。

优选地，所述输出周期检测电路包括输入电压检测器、输出电压检测器、过零检测电路、比较器、移位寄存器、锁存器、时钟信号产生器、第一与门、第二与门和反相器，电压检测器用于检测输入到整流器的电压，其输出端连接于比较器的反相端；过零检测电路的两信号入端连接于第二初级线圈，用于检测输出电压的周期以产生周期与输出电压的周期相一致的方波；所述反相器的输入端连接于过零检测器的信号输出端，输出端分别连接于第一与门的第一输入端和第二与门的第一输入端；方波产生器的信号输出端分别连接于第一与门的第二信号输入端和移位寄存器的时钟端；比较器的反相端连接于电压检测器的信号输出端，同相端连接于第二初级线圈，输出端连接于移位寄存器的信号输入端；移位寄存器的信号输出端连接于锁存器的信号输入端；锁存器的信号输出端连接于第二与门的第二信号输入端，第二与门的信号输出端经驱动器提供给控制器，控制器根据输入的信号控制电开关的工作状态。

优选地，交流电源还包括第二变压器，其包括初级线圈和次级线圈，第二变压器的初级线圈与第一变压器的第一初级线圈相并联，第二变压器的次级线圈与第一变压器的次线线圈相串联后给等离子电极提供电能。

与现有技术相比，本发明提供的等离子废水处理系统的交流电源，其输出电压峰值为常数，即使输入电压变化。

附图说明

图1是本发明提供的等离子废水处理装置的组成示意图；

图2是本发明提供的等离子废水处理装置的控制子系统的组成示意图；

图3是本发明提供的交流电源的电路图；

图4是本发明提供的通信单元的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

根据本发明一个实施例，基于物联网的等离子废水处理系统包括通过网络连接的后台服务器、用户终端、等离子废水处理装置和监控中心，其中，所述网络用于在用户终端、等离水净化装置、监控中心和后台服务器间进行通信连接。所述网络包括利用如Wi-Fi、蓝牙、2.4G、UMTS（通用移动动通信系统）、ISDN（综合业务数字网）、DSL（数字用户线路）、ATM（异步传输模式）、802.11、以太网、InfinBand和PCI Express Advanced Switching等技术的连接。在网络中应用的协议包括TCP/IP（传输控制协议/网络协议）、MPLS（多协议标签交换）、UDP（用户数据报协议）、HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）、CDMA（码分多址）、WCDMA（宽带码分多址）、GSM（全球移动通信系统）、HSDPA（高速下行链路分组接入）等。在网络中交换数据的格式包括HTML、XML等。

等离子水净化装置设置于需要处理水的场所，用于监测的水质，并将所测量的水中污染物的含量打包成帧通过通信模块或者通信单元经网络发送给监控中心，在污染物超标时，对水进行净化。后台服务器用于对网络进行管理并将等离子水净化装置测试结果进行处理并与历史数据进行比较，形成供用户可查阅数据。

图1是本发明提供的等离子废水处理装置组成示意图，如图1所示，本发明提供的等离子废水处理装置包括水箱1，所述水箱包括设置在水箱顶部的进水口2和设置在水箱侧壁的出口7。等离子废水处理装置还包括等离子产生器5和供气搅拌器3，所述等离子产生器5用于产生等离子体气并通过供气搅拌器3将等离子体气流通入水箱中的污水中以对污水进行净化。所述等离子产生器5包括壳体，所述壳体包括进风口和排气口，所述壳体内至少设置两个等离子电极，所述等离子电极由交流电源6供电。交流电源6给两个等离子电极提供电能以将进入取壳体内的气体，如空气体电离从而产生等离子气流。所述等离子气流由排气口排出供给供气搅拌器。优选地，由气泵4将等离子气流供给供气搅拌器。

根据一个实施例，供气搅拌器3包括供气头31和供气轴32，所述供气头31为圆柱体形，沿其轴心设置有圆柱形空腔以形成气流通道，其第一端设置有接头，所述接头用于连接气管，所述气管连通于等离子体产生器5，优选通过气泵连通等离子体产生器材，第二端沿轴向设置有圆柱形凹槽，所述凹槽中设置有轴承，所述轴承用于设置供气轴32的第一端，供气轴32能够绕供气头的轴线旋转，供气轴32的第二端设置有多个呈现等角布置的搅拌叶，如33，搅拌叶上设置有多个气孔，气孔连通于供气轴32，以将等离子产生器5产生的等离子气流与污水混合从而净化污水。本发明中，供气头31固定于水箱的顶部，供气轴由驱动机构进行驱动在供气头的旋转凹槽中旋转，所述驱动机构包括电机和传动组件，所述电机输出的动力经传动组件将力传给供气轴。供气轴32沿其轴心设置有空腔形成气流通道，供气轴的气流通道与供气体头的气流通道气流相通。

本发明利用等离子气流可有效降解此类难去除的化合物。本发明利用等离子气流来攻击目标物，与目标物反应，将污水中的污染物转化为低毒的、易生物降解的中间产物，或直接氧化成无机物，实现有机物的完全矿化。

根据本发明一个实施例，等离子废水处理装置还包括控制子系统，下面结合附图2进行详细说明。

图2是本发明提供的等离子废水处理装置的控制子系统的组成示意图，如图2所示，控制子系统包括处理器130、触摸显示屏126、通信子系统（通信单元）125、有害物质浓度传感器121、A/D转换器122，WIFI模块127、蓝牙模块128、2.4G模块129和气体处理单元，其中，有害物质浓度传感器121用于探测水箱中污水中有害物质的浓度，并将浓度信息转换为电信息，而后提供给A/D转换器122。A/D转换器122将有害物质浓度传感器提供的信息转换为数字信息并提供给处理器130。处理器130用于对A/D转换器122提供的数据进行处理，当有害物质的浓度超标时，使等离子产生器5、气泵4以及供气轴的驱动机构提供控制信息，使它们工作以将等离子气流通入到污水中，对水中的有害物质进行处理。处理器还将有害物质的浓度打包成帧而后通过通信子系统125/WIFI模块/127蓝牙模块/1282.4G模块129发送给远程的用户终端和/或监控中心。

根据一个实施例，等离子废水处理装置等离子产生器的控制电路，其包括继电器J1及其驱动电路，继电器J1的常开开关K1设置于电源6给等离子产生器提供电能的通路中，继电器J1的驱动电路包括电阻R1、晶体管T1和二极管D1，其中，电阻R1的第一端连接于处理器的一个输出端，第二端连接于晶体管T1的基极。晶体管T1的发射极接地，集电极经继电器的线包连接于电源的VCC。继电器J1的线包的两端并联二极管D1。继电器J1的开关K1端串入到等离子产生器5的电源电路中，即等离子产生器5经继电器J1的开关连接于电源AC。

根据一个实施例，等离子废水处理装置还包括电机驱动器133和电机M，所述电机用于给供气轴的传动组件提供动能以驱动供气轴旋转。电机驱动器根据处理器提供的指令给电机M提供转速信号。等离子废水处理装置还电机M的控制电路，其包括继电器J2及其驱动电路，继电器J2的常开开关K2设置于电源6给电机驱动器133提供电能的通路中，继电器J2的驱动电路包括电阻R2、晶体管T2和二极管D2，其中，电阻R2的第一端连接于处理器的一个输出端，第二端连接于晶体管T2的基极。晶体管T2的发射极接地，集电极经继电器J2的线包连接于电源的VCC。继电器J2的线包的两端并联二极管D2。继电器J2的开关K2端串入到电机驱动器133的电源电路中，即电机驱动器经继电器J2的开关连接于电源AC。

本发明中，气泵4的驱动器和控制电路与电机M的驱动器和控制电路相同，这里不再重述。

本发明提供的控制子系统还包括ROM123和RAM124，所述ROM123用于存储控制器操作程序，所述RAM124用于存储处理器130工作过程时的临时值。控制子系统还包括触摸显示屏126，其连接于处理器，用于显示数据及输入指令。

根据本发明一个实施例，交流电源为交流电源，下面结合图3详细叙述。

图3是本发明提供的交流电源的电路图，如图3所示，所述交流电源AC6包括：控制器611、整流器D601、电开关S6和变压器T1，其中，所述整流器D601用于将交流电转换为脉动直流电；变压器包T2包括第一初级线圈L65、第二初级线圈L64和次级线圈L66，控制器611控制电开关S5以将脉动直流电施加于第一初级线圈上，并从次级线圈输出施加于等离子电极和/或电机驱动器上交流电。电源还包括输入电压检测器602、输出电压检测器和输出信号周期检测电路，所述输出信号周期检测电路包括过零检测电路603、比较器608、移位寄存器609、锁存器607、时钟信号产生器606、第一与门605、第二与门610和反相器604，电压检测器602用于检测输入到整流器D601的电压，其第一输入端经电感L61连接于电开关S1和电开关S2相连接的中间节点，第二输入端连接于电开关S3和电开关S4相连接的中间节点，输出端连接于比较器608的反相端；过零检测电路603的两信号入端连接于第二初级线圈，用于检测输出电压的周期以产生周期与输出电压的周期相一致的方波；所述反相器604的输入端连接于过零检测器603的信号输出端，输出端分别连接于第一与门605的第一输入端和第二与门610的第一输入端；时钟信号产生器606的信号输出端分别连接于第一与门605的第二信号输入端和移位寄存器609的时钟端；比较器609的反相端连接于电压检测器602的信号输出端，同相端连接于第二初级线圈，第二补级线圈为输出电压检测器；比较器608的输出端连接于移位寄存器609的信号输入端；移位寄存器609的信号输出端连接于锁存器607的信号输入端，锁存器607优选D触发器；D触发器的信号输出端连接于第二与门610的第二信号输入端，第二与门610的信号输出端经驱动器S5提供给控制器611，控制器611根据输入的信号控制电开关S6的工作状态。

交流电源还包括第二变压器T2，其包括初级线圈L62和次级线圈L63，第二变压器T2的初级线圈与第一变压器T1的第一初级线圈相并联，第二变压器T2的初级线圈的同相端与第一变压器T1的第一初级线圈反相端之间设置相串联的电容C602和二极管D602。第二变压器的次级线圈与第一变压器的次线线圈相串联后给向外提供电能。第二变压器T2的初级线圈的同相端经电阻R61向控制器611提供信号，以检测输入到变电压T1和T2的电压值。

本发明如此设置的交流电源，由于采用了输出信号周期检测电路，控制器611根据输出信号周期检测电路提供的信号控制电开关S6的通断时间，从而稳定了电源的输出，进一步提高了电源的稳定性。

图4是本发明提供的通信单元的组成框图，如图4所述，根据本发明提供的一个实施例，通信单元包括发射器、接收器和泄露抵消电路，所述处理器130连接于泄露抵消电路的控制端，泄露抵消电路的输入端连接于发射器，控制端连接于处理器130，输出端连接于接收器，所述泄露抵消电路根据处理器提供的控制信号产生用于抵消发射器的载波的抵消信号。

根据一个实施例，所述泄露抵消电路包括：移相器712和调幅器713，其中，所述移相器712的控制端连接于处理器130的一个输出端，输入端连接于发射器的功分器726的一个信号输出端，用于根据处理器提供的相位控制信号对发射器的载波进行移相180度；所述调幅器713的控制端连接于处理器130的一个输出端，输入端连接于移相器712的输出端，用于根据处理器130提供的幅度控制信号对移相器712的输出端的信号进行幅度调整，使该幅度等于发射器泄露载波的幅度。本发明由于设置了泄露抵消电路，其抵消了发射器泄露的载波，从而提高了接收器的灵敏度。

根据一个实施例，通信单元还包括振荡器725和频率合成器726，所述振荡器725用于产生固定频率的信号；所述频率合成器726对振荡器所产生的频率进行频率合成给发射器提供载波信号，给接收器提供本振信号。

根据一个实施例，所述发射器发端数字单元729和发端模拟单元，所述发端数字单元将处理器要发送的信号进行信源编码和信息编码成两路信号TX-I和TX-Q，而后提供给发端模拟单元，发端模拟单元包括第一倍频器717、第一移相器710、第一乘法器706和第二乘法器705,所述第一倍频器717用于对频率合成器726提供的信号进行倍频并提供给第一乘法器706，第一乘法器706将处理器要发送的信号的Q路信号Tx-Q与第一倍频器717提供的信号进行相乘; 第一移相器710用于对第一倍频器717所产生的信号进行90度移相并提供给第二乘法器705，第二乘法器705将要发送的信号的I路信号Tx-I与第一移相器710提供的信号进行相乘，第一乘法器706和第二乘法器705的输出信号进行相加而后提供给放大器。优选地，处理器130提供的Q路信号Tx-Q和I路信号Tx-I分别经低通滤波器708和低通滤波器707给第二乘法器705和第一乘法器706提供相互正交的I路信号和Q路信号。优选地，放大器包括驱动放大器704和功率放大器703，所述驱动放大路器703用于对要发送的信号进行放大，而后经功率放大器703进行功放，经方向耦合器702的输入端和直通端提供给发射天线707。发射的高频信息经方向耦合器702的耦合端消泄露信号SL提供给方向耦合器728的输入端。定向耦合器728的直通端连接于转换开关715的输入端，隔离端连接50欧姆电阻；转换开关715一个输出端经低噪声放大器716连接于接收器，另一个输出端直接提供给接收器；定向耦合器728的耦合端连接于调幅器713的输出端，从而用于利用抵消信号Sc抵消泄露信号SL，从而使消泄露信号SL抵消掉进而提供了接收机灵敏度。

根据一个实施例，所述接收器包括收端模拟单元和收端数字单元730，所述收端模拟单元包括第二倍频器727、第二移相器720、第三乘法器722和第四乘法器717,所述第二倍频器727用于对频率合成器726提供的信号进行倍频并提供给第三乘法器722，第三乘法器722将接收的信号与第二倍频器727提供的信号进行相乘，而后经低通滤波器723低通滤波得到接收的Q路信号; 第二移相器720用于对第二倍频器727所产生的信号进行90度移相并提供给第四乘法器717，第四乘法器717将接收的信号与第二移相器720提供的信号进行相乘经低通滤波器718低通滤波得到接收的I路信号。优选地，Q路信号经低频放大器724低频放大得到Rx-Q，而后提供给收端数字单元730；I路信号经低频放大器719低频放大得到Rx-I，而后提供给收端数字单元730。收端数字单元730根据接收的Rx-Q和Rx-I进行解码而后提供给处理器130，处理根据所接收的信号计算出抵消电路所产生的抵消信号Sc的幅度和相位，从而控制低消电路中的移相器的相移和调幅器所需调幅的量。

本发明提供的通信单元由于采用了抵消电路，从而提高了通信单元的灵敏度，进而提高了等离子空气净化装置接收信号的灵敏度。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (3)

1.一种交流电源，其包括控制器、整流器、电开关和变压器，所述整流器用于将交流电转换为脉动直流电；变压器包括第一初级线圈、第二初级线圈和次级线圈，控制器控制电开关以将脉动直流电施加于第一初级线圈上，并从次级线圈输出施加于等离子电极上交流电，其特征在于，电源还包括输出周期检测电路，控制器根据输出周期检测电路提供的信息控制电开关的工作状态，从而提高电源输出的稳定性。

2.根据权利要求1所述的交流电源，其特征在于，所述输出周期检测电路包括输入电压检测器、输出电压检测器、过零检测电路、比较器、移位寄存器、锁存器、时钟信号产生器、第一与门、第二与门和反相器，电压检测器用于检测输入到整流器的电压，其输出端连接于比较器的反相端；过零检测电路的两信号入端连接于第二初级线圈，用于检测输出电压的周期以产生周期与输出电压的周期相一致的方波；所述反相器的输入端连接于过零检测器的信号输出端，输出端分别连接于第一与门的第一输入端和第二与门的第一输入端；方波产生器的信号输出端分别连接于第一与门的第二信号输入端和移位寄存器的时钟端；比较器的反相端连接于电压检测器的信号输出端，同相端连接于第二初级线圈，输出端连接于移位寄存器的信号输入端；移位寄存器的信号输出端连接于锁存器的信号输入端；锁存器的信号输出端连接于第二与门的第二信号输入端，第二与门的信号输出端经驱动器提供给控制器，控制器根据输入的信号控制电开关的工作状态。

3.根据权利要求1-2任一所述的交流电源，其特征在于，还包括第二变压器，其包括初级线圈和次级线圈，第二变压器的初级线圈与第一变压器的第一初级线圈相并联，第二变压器的次级线圈与第一变压器的次线线圈相串联后给等离子电极提供电能。