【正文】 情況下 ，全揚程 HT 與 供水流量 Q的 關系曲線 HT=f(Q)，稱為 系統(tǒng)的 管阻特性。 供水系統(tǒng)泰山學院本科畢業(yè)設計 4 運行 時所消耗的功率 PG（ KW）稱為供水功率， 供水功率與流量跟揚程 的乘積成正比例關系 ： PG=CPHTQ 其 中 CP 是常數(shù) 。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。 如圖 2所示，設用戶所需流量 QX 為額定流量的 60%（即 QX=60%QN），當通過閥門控制法 來實現(xiàn)時， 關小閥門， 管阻特性將改變?yōu)榍€ ③ ，而揚程特性 曲線不變 ， 顯然供水系統(tǒng)的工作點由 N 點移到 E 點。 揚程特性曲線隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變 ，而管阻特性則不變。 兩者之差 P 便是轉(zhuǎn)速控制法所節(jié)約的功率 ,它與面積 KCEJ（圖中的陰影部分）成正比。 在 采用 轉(zhuǎn)速控制方式時， 閥門的開度基本保持不變 ，流量 Q*和轉(zhuǎn)速n*比值不變。從電機的效率上看 ： 在我們設計供水系統(tǒng)時通常存在以下困難 ① 用戶的管路情況太復雜無法預測 ； ② 管阻特性 沒有確切的函數(shù)關系來表示，因此 計算 困難 ； ③ 滿足用戶需求的同時還要留有余地 。 變頻恒 壓 供水 系統(tǒng)的 組成及原理圖 系統(tǒng)由 主要有單片機、 變頻器、 壓力變送器和 水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)的控制流程圖如圖 3 所示： 泰山學院本科畢業(yè)設計 7 圖 3 系統(tǒng)控制流程圖 此 系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機構(gòu)、信號 監(jiān) 測機構(gòu)、控制機構(gòu)三大部分 。 因壓力傳感器所測 得的 是模擬 量 ， 因此 需 A/D 轉(zhuǎn)換 才能讀入單片機 。 它 負責系統(tǒng)運行過程中 壓力、 水位 、報警信號 的采集 ， 分析 人機 接口 和 通訊接口 所采集 到 的數(shù)據(jù)、 選擇具體的算法 ， 制定出系統(tǒng)的執(zhí)行 控制方案， 通過控制器控制接觸器的開斷實現(xiàn)水泵機組的切換 ；變頻器 控水位變送器 單片機 變頻器 M 水泵機組 壓力變送器 水池水位信號 水位水池信號 用戶 報警信號 泰山學院本科畢業(yè)設計 8 制牽引水泵電機的轉(zhuǎn)速 ，其跟蹤控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。 壓力的設定值可以是具體的數(shù)值，也可以 定義域為某時間段的分段函數(shù)。主要設備選型如表 1所示： 表 1系統(tǒng)主要硬件設備清單 主要設備 型號及其生產(chǎn)廠家 單片機 AT89C51（ Intel） 變頻器 西門子 MM430 水泵機組 SFL系列水泵 2臺（ 上海 熊貓機械有限公司） 壓力變送器及顯示儀表 浩捷 PTJ20 XMT1270數(shù)顯儀 液位變送器 HM21投入式液位 變送器 圖 5系統(tǒng)總體設計框圖 單片機的選擇 （ 1） 單片機 運行 速度 單片機的運行速度首先要看它的時鐘頻率，指令集和機器周期。 （ 3）定時器和計數(shù)器 多數(shù)的單片機提供 2— 3 個定時 /計數(shù)器，現(xiàn)在很多單片機都提供了看門狗定時器（ WDT），當單片機發(fā)生“死機”后，可自動復位。 （ 6） 抗干擾性、保密性 在 干擾比較大的工業(yè)環(huán)境中要選擇抗干擾能力強的單片機。 93C46 為串行 EEPROM，用于保存開機設定的原始參數(shù)。 ” [5] 其控制規(guī)律為： 011 ( )( ) ( ) ( )tpD d e tu t K e t e t d t TT d t??? ? ?????? (公式 4) U(t)為控制量， Kp 為比例增益， e(t)為控制偏差， T1為積分時間常數(shù) ， TD為微分時間常數(shù)。為編程方便，將式 公式 8 改 動 如下 ： 0 1 2( ) ( ) ( 1 ) ( 2 )u k q e k q e k q e k? ? ? ? ? (公式 9) 其中 0q = Kp (1 + 1TT + TTD )， 1q = Kp ( TTD21? )， q2 = KpTTD 。主要包括：主電路和控制電路。此時變頻器與電機 M2 都不工作。必要利用氣壓罐增加系統(tǒng)阻尼，這樣變頻器無需在低頻率下長期運行，同時也解決了系統(tǒng) V/F控制不能在過低頻率下運行的問題 。電機 M1啟動完畢后，變頻器停止輸出同時 KM1 斷開， KM3 吸合，再經(jīng)過一個軟件延時后KM2吸合。故通過單片機對變頻器的頻率輸出（ u(k)）與壓力偏差 e(k)，來判斷用戶用水量。當負載增加，水壓減少到一值時再將 M2 投入運行?？梢酝ㄟ^按鍵控制電機正反轉(zhuǎn)，通過電位器來控制變頻器的輸出頻率，來控制系統(tǒng)水壓。當時間繼電器延時到， M1 啟動到工頻， M1 與變頻器斷開直接接到電網(wǎng)運行。系統(tǒng)首先通過變壓器將220V 的交流電降壓為 15V交流，再通過整流橋變?yōu)橹绷鳌? （ 2）單片機的晶振電路 AT89C51 顯示模塊 電源 通 信模塊 變頻器 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 繼電器模塊 泰山學院本科畢業(yè)設計 18 圖 14晶振電路 如圖 14，該電路為單片機提供穩(wěn)定的 12MHz 的外部時鐘頻率。 （ 4） 單片機的外部通信電路 泰山學院本科畢業(yè)設計 19 圖 16 通信模塊 單片機與變頻器的通信，單片機通過 MAX3232 芯片進行串行通信。模擬信號通道地址 A、 B、 C 由 74LS373（三態(tài)輸出鎖存器）的 Q0、Q Q2 提供。 （ 2） 系統(tǒng) 電路 監(jiān)測電路 泰山學院本科畢業(yè)設計 22 圖 19 看門狗電路 “ X25045 芯片 片內(nèi) 的 看門狗定時器，系統(tǒng)的監(jiān)控時間 可 利用 軟件 來 設置 。 （ 3） 555 定時器復位電路 針對系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的程序死機現(xiàn)象，采用 NE555 組成硬件定時復位系統(tǒng) 。 脈沖寬度： TW =(R1+RW+R2)C； （公式 10） 振蕩周期： T=(R1+ RW+2*R2)C?；镜陌雽w數(shù)碼管由 7個 條狀的發(fā)光二極管（ LED）按圖 23 所示排列而成的，可實現(xiàn)數(shù)字 0～ 9及少量字符的顯示。 （ 2） 初始化時 ， ST和 OE信號為低電平。 （ 6）當 EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了 。 泰山學院本科畢業(yè)設計 26 圖 25 A/D轉(zhuǎn)換電路 泰山學院本科畢業(yè)設計 27 5 系統(tǒng)軟件設計 主程序流程 延 時 系 統(tǒng) 初 始 化 固 定 參 數(shù) 設 置 可 變 參 數(shù) 設 置 A / D壓 力 數(shù) 據(jù) 采 集 計 算 壓 力 偏 差e（k）并 顯 示 采 樣 植 P I D控 制 控 制 信 號 輸 出繼 電 器 動 作 判斷 及 輸 出 Y N 有 參 數(shù) 修 改 ？ 開 始 圖 26 主程序流程圖 單片機上電后首先執(zhí)行的是初始化和自檢，初始化包括標志位和變量的初始化、中斷初始化、設置各接口芯片初始化、各種程序模塊的初始化等；然后，程序進入主循環(huán)；最后進入 PID 計算及各種控制信號的輸出部分。 PID 控制流程 泰山學院本科畢業(yè)設計 29 N ； K M 2 2 = 1，K M 2 2 0 = 1 Y ； K M 2 2 = 1， K M 2 2 0 = 0 N Y 3 . 4 節(jié) 中 式 （ 3 7 ） P I D 增 量 算 法 計 算 △ u ( k ) 輸 出u ( k ) =△u ( k ) + u ( k 1 ) 采 樣 時 刻 到 ？ u ( k 1 ) = e ( k 1 ) = e ( k 2 ) = 0 開 始 讀 取 標 志 位K M 2 K M 2 2 0， 判 斷 電 機M 2是從 停 止 到 運 行 ？ 存 儲 e ( k 1 ) → e ( k 2 ) ； e ( k ) → e ( k 1 ) ； u ( k ) → u ( k 1 ) 圖 28 PID算法流程圖 該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)采用 PID 控制算法。因為前一狀態(tài)若為停止，則前一個輸出和 e（ k）都應為零，而單片機記錄的 u(k1),e(k),e(k1),e(k2)是停機前一個狀態(tài)的參數(shù)，應該要歸零處理。 變頻調(diào)速恒壓供水是現(xiàn)代生活小區(qū)供水的發(fā)展方向，采用基于單片機的變頻供水系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定可靠，價格低廉，無二次污染的特點。 （ 2）根據(jù)系統(tǒng)設計需要，在查閱資料以及利用互聯(lián)網(wǎng)工具基礎上，確定了單片機、變頻器、壓力傳感器、水位傳感器、供水水泵的具體型號。 在此謹向張老師表示衷心的感謝，在論文的完成過程中，我遇到了很多困難和障礙，各位老師同學幫助我查閱資料和提供論文建議與意見，在他們的幫助下，最終完成了這篇論文。 泰山學院本科畢業(yè)設計 33 附錄 1 以單片機為主的主要硬件圖 泰山學院本科畢業(yè)設計 34 泰山學院本科畢業(yè)設計 35 附錄 2 主要程序 (1)主程序： LIMIT EQU 0030H OVER EQU 0031H WEIGH EQU 0039H QIAN EQU 004AH SAVE EQU 0050H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H ；外部中斷 0入口 LJMP DOG ； 看門狗子程序 ORG 0023H ；串行中斷入口 LJMP INOUT ；通訊子程序 ORG 0100H 89C51 初始化： MAIN:MOV A,80H MOV DPTR,FD03H MOVX DPTR,A 串口通訊初始化： MOV TMOD,20H ；定時器 T1設為方式 2 MOV TL1,0F3H ；裝入定時器初值 MOV TH1,0F3H ； 8位重裝值 SETB TR1 ；啟動定時器 T1 MOV SCON,50H ；串行口設為方式 1 看門狗初始化： SETB ； PX0=1,將中斷優(yōu)先級 PX0設為最高 SETB ； EA=1，開總中斷 SETB ； EX0=1,允許外部中斷 0中斷 SETB ；選用跳變觸發(fā)方式。 ADCH: CLR SETB ；上升沿時鐘。 MOVC A,A+DPTR ；相加送 A。 NOP NOP SETB ；時鐘高電平。 RLC A ；移位。 RET CHANG:MOV B,0FFH DIV AB SWAP A ADD AB MOV B,5000 泰山學院本科畢業(yè)設計 40 SWAP B ADD A ； 電壓信號轉(zhuǎn)換成重量信號。 EXIT: RET ALARM: SETB SUBB A,LIMIT ；所測重量與設定值相減。 MOV A,OVER MOV B,1000 DIV AB MOV R0,A ；千位數(shù)。 MOVX DPTR,A ；關顯示 MOV A,R1 MOV DPTR,FD01H ；指向 8255 B 口，位選。 MOV DPTR,TABLE1 ；取段碼表首地址。 INC R0 ；修改顯示緩沖區(qū)指針。 AJMP DISP1 ；循環(huán)，繼續(xù)顯示下一位。A1*ek1 JNO NOVER2 JS NG2 MOV DH,80H JMP NOVER2 NG2: MOV DH,7FH NO。 DL0: MOV R3,0FFH DL1: DJNZ R3,DL1 DJNZ R2,DL0 RET TABLE1： DB 3FH， 06H，