【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）單片機控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) **燕 山 大 學(xué)2012年 6 月 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）單片機控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)學(xué)院（系）：里仁學(xué)院 專 業(yè)：** 學(xué)生 姓名： ** 學(xué) 號：** 指導(dǎo)教師： ** 答辯 日期：2012年6月17日 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級教學(xué)單位：電氣工程 學(xué)號***學(xué)生姓名**專 業(yè)班 級082題目題目名稱單片機控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)題目性質(zhì)：工程設(shè)計 （ √ ）；工程技術(shù)實驗研究型（ ）；理論研究型（ ）；計算機軟件型（ ）；綜合型（ ）。（ ）；（ ）；（ ）。題目類型（ √ ） （ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實際（ ）自選題目（ ） 主要內(nèi)容學(xué)習(xí)電機的變頻調(diào)速原理了解恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計要求學(xué)習(xí)單片機編程設(shè)計軟件電路和硬件電路基本要求1. 熟悉掌握變頻調(diào)速的基本原理；2. 給出電路設(shè)計的具體方案；3. 繪制A0圖紙一張，論文一本。翻譯英文文獻一篇。參考資料何超．交流變頻調(diào)速技術(shù)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 張迎新．單片微型計算機原理、應(yīng)用及接口技術(shù)國防工業(yè)出版社，2003，恒壓供水控制相關(guān)文獻周 次1—4周5—8周9—12周13—16周17—18周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱相關(guān)的中文資料，熟悉控制方法的工作原理，翻譯一篇英文資料工作原理學(xué)習(xí)主電路的確定控制方案的確定，控制電路的設(shè)計系統(tǒng)軟硬件設(shè)計撰寫論文，答辯指導(dǎo)教師：***職稱：講師 2011年12月 30日系級教學(xué)單位審批： 年 月 日摘要隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。建設(shè)節(jié)約型社會，合理開發(fā)、節(jié)約利用和有效保護水資源也是一項艱巨任務(wù)。因此，有利于節(jié)能節(jié)水的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)得到了更廣泛的應(yīng)用。本文論述了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的調(diào)速原理及節(jié)能分析。描述了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法。本文提出的系統(tǒng)設(shè)計方案是以ATMEL公司的AT89C51為基礎(chǔ)，同時描述了包括變頻器和傳感器在內(nèi)的硬件控制系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件控制系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機成本低，易于使用的特點。 關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；恒壓供水；AT89C51單片機Abstract With the Progress development of social economic and the construct scale of city continuously enlarge，increasing of population and standard of living of people continuously improved，more and more demanding to quantity，quality and stability of water supply bring for ward in city. Build a conservationoriented society, rational development, utilization and effective protection of water resources conservation is a difficult task. Therefore, it is conducive to saving energy and Frequency Conversion Speed Adjusting Water Supply System has been more widely used. This paper discusses the frequency conversion speed adjusting water supply system and energysaving principle of speed control，and mainly describes the design and implementation approach of the frequency conversion speed adjusting water supply system. The proposed system design is based on the pany39。s AT89C51 based ATMEL, also described including the transducer and sensor control system including hardware, software control systems and the corresponding. Give full play to the single chip low cost, ease of use.Keywords: frequency control。 constant pressure water supply。AT89C51 mcu 目錄摘要 ⅠAbstract II第1章 緒論 1 變頻調(diào)速技術(shù)概況 1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及研究意義 2 傳統(tǒng)供水方式 2 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要特點 3 變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能分析 3 變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍 7 研究意義 7 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展 8 本文主要研究內(nèi)容 9 本章總結(jié) 9第2章 單片機概述 10 單片機簡介 10 單片機的發(fā)展史 11 單片機的發(fā)展趨勢 12 AT89C51單片機簡介 14 本章總結(jié) 14第3章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理 15 變頻調(diào)速的基本原理 15 系統(tǒng)工作過程 15 系統(tǒng)的參數(shù)選取及調(diào)速范圍 16 本章總結(jié) 17第4章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計 18 主控單片機引腳說明 19 19 輸出控制電路 20 控制輸入電路 21 系統(tǒng)電壓監(jiān)控及Watchdog電路 22 本章總結(jié) 23第5章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計 25 單片機接口地址分配和控制端口功能 25 軟件程序設(shè)計 25 本章小結(jié) 28結(jié)論 29致謝 30參考文獻 31附錄1 33附錄2 37附錄3 43附錄4 48附錄5 54 第1章 緒論 變頻調(diào)速技術(shù)概況 變頻技術(shù)是利用大功率半導(dǎo)體器件及其相應(yīng)的控制與保護電路來實現(xiàn)電能頻率參量的控制與變換，以實現(xiàn)電力的某些使用目的，并提高其使用質(zhì)量與效率的一種技術(shù)。變頻技術(shù)在經(jīng)歷了早期電子管、晶閘管整流器（60年代）和集成電路技術(shù)（70年代）幾個階段后，從80年代至今一直沿用基于電力電子技術(shù)的功率集成電路技術(shù)，并隨著技術(shù)的進步繼續(xù)發(fā)展[1]。而變頻調(diào)速技術(shù)就是在變頻的基礎(chǔ)上調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的技術(shù)，其基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。變頻調(diào)速技術(shù)已深入我們生活的每個角落，在國民經(jīng)濟和日常生活中占有重要地位:應(yīng)用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術(shù)。是節(jié)約能源的高新技術(shù)。是國際上技術(shù)更新?lián)Q代最快的領(lǐng)域。是高科技領(lǐng)域的綜合性技術(shù)。交流變頻調(diào)速技術(shù)，已成為國內(nèi)外公認的最理想、最有發(fā)展前途的電機調(diào)速方式。經(jīng)測算，電機采用變頻調(diào)速技術(shù)運行后，一般可節(jié)電20%一40%，因此這項技術(shù)具有廣闊的使用前景，可被廣泛應(yīng)用于改造鍋爐、風(fēng)機、水泵、制冷機等設(shè)備的運行方式，以用來降低壓差損耗以及起停電機的電耗[2]。我國現(xiàn)有的100萬kw以上的大型電廠中，每套30萬kw的發(fā)電機一般都配備3035臺輔機驅(qū)動用電動機。一個大型電廠，其輔機電動機多達250臺左右?；鹆Πl(fā)電廠用電動機驅(qū)動的輔機主要是風(fēng)機水泵、給水泵、循環(huán)水泵、空壓機和磨煤機等，據(jù)初步調(diào)查，其中50%60%的風(fēng)機、水泵可以改為調(diào)速運行。如果這些設(shè)備都實現(xiàn)變頻調(diào)速運行，按節(jié)電20%計算，相當(dāng)于裝機400萬kw容量的發(fā)電設(shè)備[3]。因此，應(yīng)用電力電子的交流變頻調(diào)速裝置以及相關(guān)高新技術(shù)來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，就可以獲得很好的社會效益和經(jīng)濟效益。近幾年來，隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速、計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。在這種環(huán)境下，電機交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為當(dāng)今世界節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善環(huán)境以及推動技術(shù)進步的一種主要手段。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及研究意義 我國國民經(jīng)濟正處于迅猛發(fā)展時期，能源緊缺是制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，節(jié)能節(jié)水是我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基本國策。另外，隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、經(jīng)濟、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求[4]。供水質(zhì)量的好壞直接影響著人民的生活水平和企業(yè)的生產(chǎn)效率。要安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟可靠的管理好遍布全城的供水管網(wǎng)，一定要有一個滿足供水特點的、先進的自動化供水控制系統(tǒng)。但我國長期以來在城市供水、樓宇供水、工業(yè)生產(chǎn)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低，效率低下。究其原因，主要是由于受供水設(shè)備和供水方式的限制。 傳統(tǒng)供水方式 這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不停運轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。 這種方式是水泵先向水塔或水箱供水，再由水塔或水箱向用戶供水。這種供水壓力比較恒定，且有貯水。但它是由位置高度形成的壓力來進行供水的，為此，需要建造水塔或?qū)⑺渲糜诮ㄖ锏捻敳縖5]。即使如此，在大型建筑物種還常常不能滿足最不利供水點的供水要求，且難于滿足不斷增長的供水需求。同時，由于在建筑物頂部形成很大的負重，所以增加了結(jié)構(gòu)面積，也妨礙了美觀。另外這種供水方式的水質(zhì)容易受到污染，系統(tǒng)的開、停，將完全由人操作，這將會出現(xiàn)能量的嚴重浪費和供水質(zhì)量的嚴重下降。 模糊控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究與設(shè)計這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水塔/水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力來控制泵的開、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔水箱要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進入而被污染的可能性，靈活性大、建設(shè)快、不妨礙美觀，且可以通過改變壓力罐的壓力來滿足不斷增加的供水需求。但缺點是需要壓力罐，其體積大、投資大，又因其壓力變化快、運行效率低，因此電能消耗大，運行費用高[6]。綜上所述，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)浪費了很多水力資源和電力資源，效率低下，且可靠性低，嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。它們還有一個共同的致命缺點是自動化程度不高，跟不上時代發(fā)展的需求。所以開發(fā)一種新型的自動化程度高、可靠性高且節(jié)能效果好的供水系統(tǒng)迫在眉睫。 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要特點 a. 節(jié)能，可以實現(xiàn)節(jié)電20%~40%，能實現(xiàn)綠色省電。 b. 占地面積小，投資少，效率高。 c. 配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠。 d. 運行合理，由于是軟啟和軟停，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小，減小了維修量和維修費用，并且水泵的壽命大大提高。 e. 由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病。 f. 通過通信控制，可以實現(xiàn)五人職守，節(jié)約了人力物力。 變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能分析變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)最突出的特點就是節(jié)能。在該系統(tǒng)中，最主要的是對水泵的控制，在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由離心泵組成的供水系統(tǒng)普遍存在，下面就以離心泵為例分析變頻調(diào)速節(jié)能的原理。 供水系統(tǒng)的特性和工作點 1．揚程特性 以管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻髟谀骋晦D(zhuǎn)速下，全揚程HT與流量Q間關(guān)系的曲線HT=f(Q)，稱為揚程特性曲線，如圖11中的曲線①所示。揚程特性是反映用戶的用水需求狀況對全揚程的影響的。 2．管阻特性 以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤幔砻鏖y門在某一開度下，全揚程HT與流量Q間關(guān)系的曲線HT=f(Q)，稱為管阻特性曲線。如圖11中的曲線②所示，管阻特性是表明由管阻（閥門開度）來控制供水能力的特性曲線。 3．供水系統(tǒng)的工作點