【正文】 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，并繪制出相應(yīng)的原理電路圖；完成所需控制軟件的流程設(shè)計(jì)和編程任務(wù)。 由于能源的問題不得不改變以往的供水方案，來改變?cè)诠┧械哪茉蠢速M(fèi)問題，在國內(nèi)外已有很多關(guān)于很壓供水的研究，其中主要由兩種，一是基于單片機(jī)加通用變頻器的恒壓供水，一是基于 PLC 加專用變頻器的恒壓供水，兩種各有自己的特點(diǎn)，第一種價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)，易于操作，不需專業(yè)人員就能操作，而后者價(jià)格高，對(duì)專業(yè)知識(shí)要求高，非專業(yè)人員不易操作 ，但是其抗干擾能力強(qiáng)，在市場(chǎng)上也有很大的應(yīng)用，但是大多數(shù)人需要一個(gè)即便宜又容易操作的恒壓供水系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)就利用單片機(jī)和通用變頻器來設(shè)計(jì)此恒壓供水系統(tǒng)，并通過對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化來消除 第 2 頁 此系統(tǒng)的缺點(diǎn)，也就是來提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力，來體現(xiàn)其通用性強(qiáng)，易于操作的優(yōu)點(diǎn)。又如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。同時(shí)達(dá)到供水效 率的目的“用多少水，供多少水”。這種用水難問題在大城市表現(xiàn)尤為突出。s hydraulic pressure voluntarily，The low power loss low noise high performance high life39。 The design through controls frequency changer39。設(shè)計(jì)通過控制變頻器的輸出頻率從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié) (PID)，使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值。用戶可以自行設(shè)定水管中的水壓，低功耗低噪音高性能高壽命的特點(diǎn)使得本設(shè)計(jì)在同類產(chǎn)品中脫穎而出。s output frequency, thus automatic control water pump electrical machinery39。s characteristic causes this design in the similar products blooming。 針對(duì)上述問題，本文研制了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為設(shè)定參數(shù)，通過控制變頻器的輸出頻率從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié) (PID)，使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值。采用該供水系統(tǒng)不需建造高位水箱，水塔 ,水質(zhì)無二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化建筑供水方案。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。 設(shè)計(jì)目標(biāo) 該系統(tǒng)主要以單片機(jī)為主控模塊，通過控制變頻器的輸出頻率從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 實(shí)施計(jì)劃 3月下旬至 4月初，查閱和收集文獻(xiàn)資料； 4月初至 4 月中旬，提出設(shè)計(jì)方案，并對(duì)方案進(jìn)行比較和論證，選出最佳方案； 4月中旬至 5月初，完成硬件電路設(shè)計(jì)； 5 月初月至五月中旬完成相關(guān)軟件編程； 5月中旬至 5月底進(jìn)行系統(tǒng)的模擬測(cè)試； 6月上旬撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，并準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。如圖 21 所示，以 80C196 為核心構(gòu)成控制器，將設(shè)定值與壓力反饋值進(jìn)行 PID 運(yùn)算。從下圖中我們可以看到，自動(dòng)恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與供水控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展變頻器的功能也越來越強(qiáng)。這些產(chǎn)品將 PID 調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用的新 型變頻器。 方案二整個(gè)系統(tǒng)的具體工作流程為：系統(tǒng)通過安裝在出水總管上的壓力傳感器，將供水管網(wǎng)的非電量信號(hào) (動(dòng)態(tài)壓力 )轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，輸入至供水控制器的輸入模塊，信號(hào)經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，得出偏差值，再經(jīng)過 PID 處理得出最佳的運(yùn)行工況參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，由系統(tǒng)的輸出部分輸出 變頻器的頻率設(shè)定值至變頻調(diào)速器，變頻調(diào)速器控制水泵的轉(zhuǎn)數(shù)來調(diào)節(jié)管網(wǎng)內(nèi)的實(shí)際壓力值趨向于設(shè)定壓力值，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的恒壓供水。反之 ，若管網(wǎng)水壓大于預(yù)設(shè)水壓，控制器控制變頻器頻率降低，使變頻泵轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)頻率低于下限時(shí)自動(dòng)切掉一臺(tái)工頻泵或此變頻泵，始終使管網(wǎng)水壓保待恒定。單片機(jī)經(jīng)運(yùn)算后與設(shè)定的壓力進(jìn)行比較，得出偏差值，再經(jīng) PID 調(diào)節(jié)得出控制參數(shù)，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換變成0— 5V 的模擬信號(hào)，送入變頻器中，以控制其輸出頻率的大小，以此改變水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制管道壓力的目的。此種類型供水設(shè)備的花費(fèi)不光體現(xiàn)在變頻器上，還體現(xiàn)在 PLC 上，市場(chǎng)上 PLC 的價(jià)格也要高于單片機(jī)的價(jià)格。綜上所述，其有下面兩個(gè)缺點(diǎn)。其輸出頻率的大小由作用 MCU 處理器控制，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)增加或降低；當(dāng) 變頻主 電機(jī)由 變頻器 拖動(dòng)運(yùn)行至 最大頻率 ，壓力 如還 不能達(dá)到設(shè)定的壓力值 ，則 MCU 自動(dòng) 啟動(dòng) 定頻副 電機(jī)， 以期 保持供水壓力恒定。 第 7 頁 3 單元模塊設(shè)計(jì) 本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個(gè)單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時(shí)本節(jié)也會(huì)對(duì)相關(guān)電路中的參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說明。本次設(shè)計(jì)采用壓電傳感器來測(cè)量水管壓力。當(dāng)受到壓力作用時(shí)，一對(duì)橋臂的電阻變大，而另一對(duì)橋臂電阻變小，電橋失去平衡，輸出一個(gè)與壓力成正比的電壓。目前大多數(shù)硅壓阻式傳感器已將溫度補(bǔ)充電路做在傳感器中，從而使得這類傳感器的溫度系數(shù)小于177。該時(shí) 鐘電路由兩個(gè)電容和一個(gè)晶體振蕩器組成。單片機(jī)工作的速度是由時(shí)鐘電路提供的。 10pF；石英晶體選擇 6MHz 或 12MHz 都可以。復(fù)位后，單片機(jī)內(nèi)部各部件恢復(fù)到初試狀態(tài)，單片機(jī)從 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行程序。所以，系統(tǒng)的復(fù)位電路必須準(zhǔn)確、可靠地工作。本次設(shè)計(jì)采用上電自動(dòng)復(fù)位電路。在掃描時(shí)，先讀取 P0 口的四位，若某位為低電平，應(yīng)先延時(shí) l0ms，然后再讀取該位，如果讀得的值仍為低電平，可確認(rèn)此鍵已按下，然后調(diào)用該鍵的鍵處理子程序，各鍵的優(yōu)先級(jí)別由軟件安排。按下設(shè)置鍵后，系統(tǒng)顯示出設(shè)定的壓力值，如果對(duì)設(shè)置的水壓進(jìn)行調(diào)整，通過增減鍵，可以進(jìn)行單位為 5 的調(diào)整。 【減一鍵】鍵功能： 1，與【設(shè)置鍵】鍵配合對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)整，【減一鍵】 鍵每 按下一次則進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行 1 操作。 由于壓力傳感器傳過來的信號(hào)為模擬信號(hào)，在接入前要加 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，本次設(shè)計(jì)采用常用的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809. 如圖 35所示。 第 12 頁 顯示模塊設(shè)計(jì) 但片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進(jìn)行人 — 機(jī)對(duì)話。若選擇靜態(tài)顯示，則 LED 驅(qū)動(dòng)器的選擇較為簡單，只要驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力與顯示器電流相匹配即可。 L1L2L3L4LALBLCLDLELFLFLGLDPA02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U47 4 L S 2 4 5 圖 37 顯示模塊電路 電機(jī)控制設(shè)計(jì) 壓力傳感器將壓力信號(hào)經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)，如果壓力和設(shè)定壓力有偏差，單片機(jī)將控制變頻器調(diào)頻使壓力值穩(wěn)定， 當(dāng) 變頻主 電機(jī)由 變頻器 拖動(dòng)運(yùn)行至 最大頻率 ，壓力 如還 不能達(dá)到設(shè)定的壓力值 ，則 MCU 自動(dòng) 啟動(dòng) 定頻副 電機(jī)， 以期 保持供水壓力恒定。固定式三端穩(wěn)壓電源 (7805)是由輸出腳 Vo,輸入腳 Vi 和接地腳 GND 組成 ,它的穩(wěn)壓值為+5V,它屬于 CW78xx 系列的穩(wěn)壓器 ,輸入端接電容可以進(jìn)一步的濾波 ,輸出端也要接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響 ,此電路的穩(wěn)定性也比較好 。因?yàn)?7805 的的最大輸出電流為 ，當(dāng) Io取 時(shí)，則穩(wěn)壓器的擴(kuò)展后的輸出電流為 3A，加一只二極管 VD與 R1 并聯(lián)，把外接整流管的 VT1 的發(fā)射結(jié)電阻限制在 以內(nèi)，當(dāng)輸出電流超過額定植時(shí)，保護(hù)電阻 R2上的壓降增大，必然會(huì)使 VT1 的 Vbe 減小，從而使 VT1 的輸出電流減小，以至不導(dǎo)通，這樣便達(dá)到了保護(hù)外接管的目的。 變頻器介紹 通用變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇和容量選擇兩個(gè)方面。 2%ED 電源 額定輸入 交流電壓、頻率 三相 380V 至 480V 50Hz/60Hz 交流電壓允許波動(dòng)范圍 323 至 528V 50Hz/60Hz 允許頻率波動(dòng)范圍 177。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載或有較高靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求的機(jī)械采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器則是比較理想的。 大多數(shù)變頻器容量可從三個(gè)角度表述：額定電流、可用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量。 。當(dāng)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)范圍不大時(shí)，可選擇較為簡易的 V/F 控制方式的變頻器，但對(duì)于轉(zhuǎn)矩變動(dòng)范圍較大的負(fù)載，應(yīng)考慮采用無反饋的矢量控制方式。 CS：片選信號(hào)。 WR2：寫信號(hào) 2。 D0～ D7： 8 位數(shù)字輸入， D0 為最低位。它是邏輯電平為 0的各位輸出電流之和。 Vcc：邏輯電源。 DGND：數(shù)字地，芯片數(shù)字信號(hào)接地點(diǎn)。若 XFER=“ 0”且 WR2=“ 0”時(shí)，使得 DAC 寄存器的 LE=“ 1”， DAC 寄存器的輸出隨輸入變 化，當(dāng) WR2 上升沿時(shí)，將輸入寄存器中的信息鎖存在 DAC 寄存器中?；蛘呤?WR1=“ 0”， CS=“ 0”， ILE=“ l”，即輸入寄存器為不鎖存狀態(tài)，當(dāng) WR2 和 XFER 端接負(fù)脈沖信號(hào)，也可達(dá)到同樣目的 。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 21～ 28： 8位數(shù)字量輸出端。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。當(dāng) OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 A／ D 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)是轉(zhuǎn)換誤差、分辨率、轉(zhuǎn)換速度 。當(dāng) EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。 74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 引腳功能： Vcc：電源電壓 GND：地 P0口： P0口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時(shí)，每位能吸收 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫 1可作為高阻抗輸入端用。對(duì)端口寫 1，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。對(duì)端口寫 1，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸 入口時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 P3口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 表 33 P3 口第二功能 端口引腳 第二功能 串行輸入口 串行輸出口 外中斷 0 外中斷 1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 P3口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： P3口還接受一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器， EA端必須保持低電平。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 系統(tǒng)能否完全正常工作，最主要的也是最關(guān)鍵的是看軟件程序是否正確，它關(guān)系到系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，可以說，軟件是一個(gè)系統(tǒng)的靈魂。 與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。從而保證整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)，可靠性以及可升級(jí)性。 1． A/D 轉(zhuǎn)換子程序 其主要任務(wù)是把壓力傳感器檢測(cè)的壓力轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并送入單片機(jī)處理，程序見附錄。 在工業(yè)控制過程中，目前采用最多的控制方式仍然是 PID 方式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在控制工程中，用計(jì)算機(jī) PID 控制算法來實(shí)現(xiàn)數(shù)字 PID 控制器 ，組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在各個(gè)控制階段采取各種控制方法，以此來獲得控制目標(biāo)。 可以看出，由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期 T，一旦確定了 KP， KI，KD，只要使用前后三次測(cè)量值的偏差，即可有 (43)求出控制增量。根據(jù)按鍵電路的設(shè)計(jì)可知，當(dāng)【 SET】鍵按下時(shí)可以產(chǎn)生中斷請(qǐng)求， CPU 響應(yīng)中斷請(qǐng)求時(shí)，則進(jìn) 入該中斷服務(wù)程序。鍵抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次，為了確保 CPU 對(duì)鍵的一次閉合僅作一次處理，按鍵的抖動(dòng)可以用硬件或者軟件方法來消除。 LED 動(dòng)態(tài)顯示程序模塊的設(shè)計(jì) 在采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式時(shí)，要使得 LED 顯示比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適 當(dāng)?shù)膾呙桀l率。軟件延時(shí)程序占用 CPU 的時(shí)間，因此，它降低了 CPU 的利用率；硬件定時(shí)是利用單片機(jī)片內(nèi)定時(shí)器，啟動(dòng)以后定時(shí)器可與 CPU 并行工作，不占用 CPU 的時(shí)間，使得 CPU 有較高的工作效率。 第 31 頁