【正文】 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計，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，來改變在供水中的能源浪費問題，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，第一種價格便宜，通用性強，易于操作，不需專業(yè)人員就能操作，而后者價格高，對專業(yè)知識要求高，非專業(yè)人員不易操作 ，但是其抗干擾能力強，在市場上也有很大的應(yīng)用，但是大多數(shù)人需要一個即便宜又容易操作的恒壓供水系統(tǒng)，本設(shè)計就利用單片機和通用變頻器來設(shè)計此恒壓供水系統(tǒng)，并通過對系統(tǒng)的優(yōu)化來消除 第 2 頁 此系統(tǒng)的缺點，也就是來提高單片機系統(tǒng)的抗干擾能力，來體現(xiàn)其通用性強，易于操作的優(yōu)點。又如發(fā)生火災(zāi)時，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)濟損失和人員傷亡。同時達到供水效 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)計通過控制變頻器的輸出頻率從而自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié) (PID)，使供水系統(tǒng)自動恒穩(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使得本設(shè)計在同類產(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調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié) (PID)，使供水系統(tǒng)自動恒穩(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)濟和社會意義。 設(shè)計目標 該系統(tǒng)主要以單片機為主控模塊，通過控制變頻器的輸出頻率從而自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使供水系統(tǒng)自動恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值，實現(xiàn)恒壓供水。 實施計劃 3月下旬至 4月初，查閱和收集文獻資料； 4月初至 4 月中旬，提出設(shè)計方案，并對方案進行比較和論證，選出最佳方案； 4月中旬至 5月初，完成硬件電路設(shè)計； 5 月初月至五月中旬完成相關(guān)軟件編程； 5月中旬至 5月底進行系統(tǒng)的模擬測試； 6月上旬撰寫設(shè)計報告，并準備畢業(yè)設(shè)計答辯。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行 PID 運算。從下圖中我們可以看到，自動恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機調(diào)速裝置與供水控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達到穩(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。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 (動態(tài)壓力 )轉(zhuǎn)變成電信號，輸入至供水控制器的輸入模塊，信號經(jīng)單片機運算處理后與設(shè)定的信號進行比較運算，得出偏差值，再經(jīng)過 PID 處理得出最佳的運行工況參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成模擬信號，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)的實際壓力值趨向于設(shè)定壓力值，從而實現(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)頻率低于下限時自動切掉一臺工頻泵或此變頻泵，始終使管網(wǎng)水壓保待恒定。單片機經(jīng)運算后與設(shè)定的壓力進行比較，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，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轉(zhuǎn)速，從而達到控制管道壓力的目的。此種類型供水設(shè)備的花費不光體現(xiàn)在變頻器上，還體現(xiàn)在 PLC 上，市場上 PLC 的價格也要高于單片機的價格。綜上所述，其有下面兩個缺點。其輸出頻率的大小由作用 MCU 處理器控制，使電機的轉(zhuǎn)速自動增加或降低；當(dāng) 變頻主 電機由 變頻器 拖動運行至 最大頻率 ，壓力 如還 不能達到設(shè)定的壓力值 ，則 MCU 自動 啟動 定頻副 電機， 以期 保持供水壓力恒定。 第 7 頁 3 單元模塊設(shè)計 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、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計算、元器件選擇、以及核心器件進行必要說明。本次設(shè)計采用壓電傳感器來測量水管壓力。當(dāng)受到壓力作用時，一對橋臂的電阻變大，而另一對橋臂電阻變小，電橋失去平衡，輸出一個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 鐘電路由兩個電容和一個晶體振蕩器組成。單片機工作的速度是由時鐘電路提供的。 10pF；石英晶體選擇 6MHz 或 12MHz 都可以。復(fù)位后，單片機內(nèi)部各部件恢復(fù)到初試狀態(tài)，單片機從 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行程序。所以，系統(tǒng)的復(fù)位電路必須準確、可靠地工作。本次設(shè)計采用上電自動復(fù)位電路。在掃描時，先讀取 P0 口的四位，若某位為低電平，應(yīng)先延時 l0ms，然后再讀取該位，如果讀得的值仍為低電平，可確認此鍵已按下，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，如果對設(shè)置的水壓進行調(diào)整，通過增減鍵，可以進行單位為 5 的調(diào)整。 【減一鍵】鍵功能： 1，與【設(shè)置鍵】鍵配合對壓力進行調(diào)整，【減一鍵】 鍵每 按下一次則進行數(shù)據(jù)進行 1 操作。 由于壓力傳感器傳過來的信號為模擬信號，在接入前要加 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，本次設(shè)計采用常用的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809. 如圖 35所示。 第 12 頁 顯示模塊設(shè)計 但片機應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進行人 — 機對話。若選擇靜態(tài)顯示，則 LED 驅(qū)動器的選擇較為簡單，只要驅(qū)動器的驅(qū)動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 電機控制設(shè)計 壓力傳感器將壓力信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后輸入到單片機，如果壓力和設(shè)定壓力有偏差，單片機將控制變頻器調(diào)頻使壓力值穩(wěn)定， 當(dāng) 變頻主 電機由 變頻器 拖動運行至 最大頻率 ，壓力 如還 不能達到設(shè)定的壓力值 ，則 MCU 自動 啟動 定頻副 電機， 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一步的濾波 ,輸出端也要接電容可以改善負載的瞬間影響 ,此電路的穩(wěn)定性也比較好 。因為 7805 的的最大輸出電流為 ，當(dāng) Io取 時，則穩(wěn)壓器的擴展后的輸出電流為 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，保護電阻 R2上的壓降增大，必然會使 VT1 的 Vbe 減小，從而使 VT1 的輸出電流減小，以至不導(dǎo)通，這樣便達到了保護外接管的目的。 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 交流電壓允許波動范圍 323 至 528V 50Hz/60Hz 允許頻率波動范圍 177。對于恒轉(zhuǎn)矩類負載或有較高靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求的機械采用具有轉(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角度表述：額定電流、可用電動機功率和額定容量。 。當(dāng)轉(zhuǎn)矩變動范圍不大時，可選擇較為簡易的 V/F 控制方式的變頻器，但對于轉(zhuǎn)矩變動范圍較大的負載，應(yīng)考慮采用無反饋的矢量控制方式。 CS：片選信號。 WR2：寫信號 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)字信號接地點。若 XFER=“ 0”且 WR2=“ 0”時，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，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 端接負脈沖信號，也可達到同樣目的 。 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，輸入，高電平有效。 REF（ +）、 REF（ ）：基準電壓。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，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)指標是轉(zhuǎn)換誤差、分辨率、轉(zhuǎn)換速度 。當(dāng) EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 CLK 為時鐘輸入信號線。 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，每位能吸收 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫 1可作為高阻抗輸入端用。對端口寫 1，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。對端口寫 1，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸 入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 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 /計數(shù)器 0 定時 /計數(shù)器 1 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 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 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器， 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)功能的實現(xiàn)，可以說，軟件是一個系統(tǒng)的靈魂。 與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。從而保證整個系統(tǒng)的品質(zhì)，可靠性以及可升級性。 1． A/D 轉(zhuǎn)換子程序 其主要任務(wù)是把壓力傳感器檢測的壓力轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并送入單片機處理，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。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在控制工程中，用計算機 PID 控制算法來實現(xiàn)數(shù)字 PID 控制器 ，組成計算機控制系統(tǒng)。在各個控制階段采取各種控制方法，以此來獲得控制目標。 可以看出，由于一般計算機控制系統(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)計可知，當(dāng)【 SET】鍵按下時可以產(chǎn)生中斷請求， CPU 響應(yīng)中斷請求時，則進 入該中斷服務(wù)程序。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次，為了確保 CPU 對鍵的一次閉合僅作一次處理，按鍵的抖動可以用硬件或者軟件方法來消除。 LED 動態(tài)顯示程序模塊的設(shè)計 在采用動態(tài)掃描顯示方式時，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。軟件延時程序占用 CPU 的時間，因此，它降低了 CPU 的利用率；硬件定時是利用單片機片內(nèi)定時器，啟動以后定時器可與 CPU 并行工作，不占用 CPU 的時間，使得 CPU 有較高的工作效率。 第 31 頁