随着工业化和城市化进程的加快，工业设备的结垢、腐蚀现象尤为严重，直接或者间接造成的经济损失无法估量。除垢方法分为化学法和物理法，其中应用广泛的电磁除垢法，通过磁化作用使得水体产生谐振，水体性质改变且其活性增强，使水垢松软、龟裂。市场上高频、变频电磁除垢设备产品众多，由于水体复杂性，不同水体谐振频率各不相同，目前还缺乏简便实用的最优谐振频率判断方法。课题团队设计自动寻频的电磁除垢防垢装置，其特点是能够根据不同环境水体自行调整除垢频率以达到最佳除垢效果。本课题负责上位机处理算法部分，实际使用爬山法来实现。此算法非常适合对电磁除垢系统这种非线性系统进行扫频寻优，使得输出频率可以有效的跟踪水体的谐振频率，从而达到最佳的处理效果。本课题的研究对提高电磁除垢效率、降低能耗和减少对环境的污染有重要的意义。关键词 水垢，电磁除垢，谐振频率，爬山法
目录
1 绪论 1
1.1 本文研究背景 1
2 常用除垢方法分析 2
2.1 化学法 3
2.2 物理法 4
3 水垢的形成及电磁除垢的发展 7
3.1 水垢的结垢机理 7
3.2 电磁除垢机理研究及发展趋势 10
4 最优谐振频率的方案实现 11
4.1 电磁除垢系统 11
4.2 编程语言选择 14
4.3 程序模块概述 16
4.4 用户界面模块 17
4.5 数据存储模块 20
4.6 串口通信模块 23
4.7 控制算法模块 25
5 程序功能调试 28
5.1 模块功能调试 28
结论 31
致谢 32
参考文献 33
附录 35
1 绪论
1.1 本文研究背景
水资源是不可再生资源，虽说地球表面70%的区域覆盖水，但可以被人类使用淡水资源不到百分之一，而水资源匮乏及严重污染已然成为全球关注的焦点。联合国组织近年发表《世界水资源综合评估报告》，该份报告中表明:水资源短缺、污染等问题可能导致国家和地区之间的矛盾冲突[ *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072^ 
1]，这将会是全球面临的严峻挑战之一，会严重影响全球经济的可持续化发展。
目前中国水资源分布特征如下：
（1）总资源量并不丰富，人均量很低。据数据显示，我国水体资源总含有量位居全球第六位，总量约为3万亿立方米，人均占有量约为2000立方米，仅为全球人均占用量的四分之一，居全球第108位[2]。
（2）地域分布不平衡，水土资源比悬殊。降水量空间分布不均导致我国出现水土资源不平衡的现象。长江流域及以南虽然农耕面积较少，但是大部分的降水量还是集中在此区域的，降水量和耕地面积之间的配比相差十分悬殊。
（3）季节降水不匀，旱涝灾害频发。全国大部分地区夏秋两季降水量多、冬春两季降水量少，雨水带分布图如图1.1，雨季的降水量占整年的十分之七，旱涝现象较为常见。
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图1.1 中国雨水带分布图
工业为我国的经济发展提供了源动力，而水资源作为工业发展不可或缺的一部分，也发挥着它极其重要的作用。我国的工业增加值从1978年的1603亿元增加到2014年的227991亿元，预计今后仍会以较快速度增长，并带动我国经济发展[3]。
随着人口基数增长、区域经济发展、工业化和城市化进程的加快，水的供需问题更加突出。工业用水量逐年增加，数据显示，我国工业用水量从1978年的523亿m3增长到2014年的1420亿m3，占总用水量的比重也从11%增长到22.83%[3]。其中大多数工业用水是循环冷凝水，使用量可达总体水量的85％90％[4]。
工业生产部门大多使用水冷凝循环装置，虽说提高浓缩倍数可以避免水资源浪费，但随着冷却水浓度的提高，其含盐量增加，设备侵蚀、结垢和细菌藻类滋长的倾向也不断加剧[4]。
我国工业生产中，必不可少地需要使用管道、锅炉及各种换热设备。工业设备的结垢、腐蚀现象尤为严重，附着在设备的污垢导致传热效率低下，冷却水无法快速通过，无法达到换热的效果，设备功耗增加，大大缩短了工业设备的使用年限，直接或者间接造成的经济损失无法估量。2005年数据显示，我国约有各类工业锅炉设备55万台，工业锅炉数量约占我国锅炉总量的96%以上[5]。研究环保可行的除垢方式，对于众多工业部门具有现实意义。
2 常用除垢方法分析
工业生产中常用的除垢方法主要有化学法和物理法[6]。化学法清除污垢会比较仔细，效果较为显著，但是过量或者长期使用自然会对工业换热设备造成一定的腐蚀损坏，清洗后排出的化学试剂显然会污染环境；当然，化学除垢后的设备清洗工作，需要耗费大量水反复冲洗设备，必然造成水资源的严重浪费。
碱煮（洗）和酸洗是目前常用的两种化学除垢方法[7]。碱性清洗的优点是安全无腐蚀;缺点是除垢所需环境条件高，耗费时间长且效果不显著。酸性清洗的优点是去除速度快，溶解多种垢物，例如硅酸盐、碳酸盐等；缺点是对设备腐蚀大[8]。
虽然化学法除垢取得效果显著，但是设备清洗浪费的大量水资源，残液排放对环境的污染等原因也促使人们需求“绿色除垢”的方法。
物理法中传统的机械除垢法虽然对设备污垢的厚度以及化学成分没有特殊的要求，但是清洗时费力度很大，耗费时间、人力和成本，并且换热设备表面部分死角清洗不到，除垢不够彻底。相比于机械除垢，费力度小且具备环保的除垢方法的研究正在兴起，方向主要集中在超声波及电、磁场等领域。
2.1 化学法
化学法除垢是根据结垢的实际情况，采取化学试剂与污垢发生相应的化学反应，使得附着在工业设备上的污垢能够显著溶解、脱离的一种除垢方法。
目前化学除垢方法按使用化学试剂的PH值可以分为酸法工艺和碱法工艺。化学法优点在于操作难度低，除垢速度快且效果显著，工业领域应用广泛。
化学法清洗可以在线使用，清洗者的劳动强度远比机械操作来得低，同时清洗效果更显著，现场不必拆除工业设备，能够清洗到设备死角，不会造成设备表面机械创伤。

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