【正文】 基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) I 摘要 本文擬設(shè)計(jì)一種節(jié)能的壓力水罐式恒壓供水智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用 單片機(jī)作為控制單元的核心部件，應(yīng)用靈活的單片機(jī)控制泵組 壓力水罐供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用現(xiàn)代化新型、先進(jìn)的元器件，設(shè)計(jì)泵組－壓力水罐恒壓供 水智能控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的智能恒壓供水控制系統(tǒng)具有可靠性高、每個(gè)水泵工作時(shí)間均衡化 、節(jié)能效率高等特點(diǎn)。該系 統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括單片機(jī)控制泵組是按負(fù)載均衡的原則設(shè)計(jì)的。系統(tǒng) 有 3臺(tái)供水 水泵，水泵的啟停是按先起先停、 先停先起 原則設(shè)計(jì)的。 本文結(jié)合水泵的具體應(yīng)用，基于傳感器，單片機(jī)元器件 組成的智能供水控制系統(tǒng)的方案，給出了 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵 運(yùn)行的智能控制 。 該系統(tǒng)比較適用于對(duì)供水質(zhì)量要求不高的城鄉(xiāng)居民小區(qū)自來(lái) 水二次供水系統(tǒng)，尤其適合于高層建筑樓 的二次供水系統(tǒng) 。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)，水泵 ，傳感器， 壓力水罐， 智能監(jiān)控 ，負(fù)載均衡化 基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) II ABSTRACT This paper designed a pressure tanktype energysaving intelligent control system for constant pressure water supply. The system uses microputer control unit as the core ponent, flexible, microprocessor controlled pump pressure tank water supply system. The new system, full use of modern, advanced ponents, design pump pressure tank Water Supply Control System. Design of intelligent control system for constant pressure water supply with high reliability and working time equalization for each pump, energysaving high efficiency. The key technology, including microprocessor controlled pump is based on the principle of load balancing design. 3 sets of water system pumps, pump start and stop at first according to the first stop, first stop from the first principles of design. In this paper, the specific pump application, based on sensors, microcontroller devices posed of intelligent control system for water supply scheme, given the system hardware design and software implementation methods to realize the intelligent control of pump operation. The system is more suitable for less demanding on the water quality of urban and rural residential area of secondary water supply system, especially suitable for building highrise building secondary water supply system. Key words: SCM, pumps, sensors, pressure tank, intelligent monitoring, load equalization 基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) III 目 錄 1 緒論 1 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用 1 水泵在生活中 的應(yīng)用 3 2 水泵 的節(jié)能降耗 5 水泵 的動(dòng)力分析 5 水泵 的能耗分析 6 3 水泵 智能控制系統(tǒng)的組成及工作原理 8 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)方案分析 9 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)優(yōu)化 11 4 主要芯片的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 12 80C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 12 壓力傳感器原理與應(yīng)用 14 5 水泵 智能控制硬件設(shè)計(jì) 17 80C51單片機(jī)的復(fù)位和振蕩電路 17 80C51 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵 電路 18 80C51 單片機(jī)驅(qū)動(dòng) LED 電路 19 單片 機(jī)與 A/D 轉(zhuǎn)換器的接口電路 23 單片機(jī)與 AT24C02的應(yīng)用電路 26 單片機(jī)與 鍵盤的接口 電路 29 參考文獻(xiàn) 致謝 基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) 1 1 緒論 隨著國(guó)內(nèi)城市高層建筑的增多，城市居民的生活用水的時(shí)段集中，高層用戶供水成為關(guān)注的問(wèn)題 ， 工業(yè)園區(qū)企業(yè)生產(chǎn)用水集中，供水管網(wǎng)的水壓不足，出于滿足 生產(chǎn)需求又節(jié)能考慮用較少的設(shè)備完成大量不間斷供水需求，過(guò)去的貯水池－繼電器控制水泵加壓供水系統(tǒng)較單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電自控泵組稍顯落后，壓力水罐供水方式可以節(jié)能有效地提供生產(chǎn)所需用水 。 該系統(tǒng)雖然沿用很久，但因?yàn)榧夹g(shù)不復(fù)雜，設(shè)備 簡(jiǎn)單，所 在我國(guó)的二次供水中一直長(zhǎng)期使用。上世紀(jì)九十年代后，許多高層建筑逐漸采用“貯水池 +變頻調(diào)速水泵”的供水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的低樓層用戶仍由市政管網(wǎng)直接供水，對(duì)高樓層用戶，則通過(guò)設(shè)定水泵的供水壓力，在變頻器的控制下，水泵的轉(zhuǎn)速隨供水量的變化而改變，這種系統(tǒng)最大的好處是水壓恒定，避免高樓層用戶用水 水壓變化過(guò)大。這種供水系統(tǒng)性能較優(yōu)越，恒壓效果好，且比較節(jié)能，但系統(tǒng)較復(fù)雜，投資較大，適合于對(duì)供水要求比較高的場(chǎng)合使用。 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展 ,單片機(jī)的應(yīng)用不斷深入 ,帶動(dòng)控制 技術(shù)日新月異。目前對(duì) 供水控制的研究以及已開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)各有所長(zhǎng)。隨著微芯片技術(shù)及變頻技術(shù)的發(fā)展 ,設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 。水泵的運(yùn)行正常直接影響到居民生活，工廠生產(chǎn)，所以對(duì)每臺(tái)水泵的實(shí)時(shí)監(jiān)控，智能控制非常有必要，本文結(jié)合水泵的具體應(yīng)用，基于傳感器，單片機(jī)元器件 組成的智能供水控制系統(tǒng)的方案，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)方法 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵 運(yùn)行的智能控制 。 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上 。 單片機(jī)也被稱為微控制器（ Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處 理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 [3] 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從 8 位、 16 位到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。 縱觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，大致有： CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出時(shí)的功耗高達(dá) 630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在 100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來(lái)越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了基于單片機(jī)的水泵 智能控制系統(tǒng) 2 CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。如 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )和 CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。 CMOS 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS 則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗比如象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 2．微型單片化 現(xiàn)在常規(guī) 的單片機(jī)普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ) (RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器 (ROM)、并行和串行通信接口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如 A/D 轉(zhuǎn)換器、 PMW(脈寬調(diào)制電路 )、 WDT(看門狗 )、有些單片機(jī)將 LCD（液晶）驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能