【正文】 特殊器件的介紹 .....................................................................................................14 變頻器介紹 ...................................................................................................14 DAC0832 介紹 .............................................................................................16 ADC0809 介紹 .............................................................................................17 74LS245 介紹 ...............................................................................................20 單片機(jī) AT89C51 ..........................................................................................21 各單元模塊的聯(lián)接 .................................................................................................23 4 軟 件設(shè)計 ...................................................... 24 軟件設(shè)計原理及設(shè)計所用工具 .............................................................................24 主程序流程圖 .........................................................................................................24 T0 中斷服務(wù)程序 .........................................................................................25 獨立按鍵程序設(shè)計 .......................................................................................28 LED 動態(tài)顯示程序模塊的設(shè)計 ..................................................................30 5 系統(tǒng)調(diào)試 ...................................................... 31 Proteus 仿真軟件介紹 ............................................................................................32 軟件調(diào)試 .................................................................................................................35 水管壓力顯示的仿真 ...................................................................................35 恒壓值的仿真 ...............................................................................................38 6 結(jié)論 ......................................................... 40 7 總結(jié)與體會 .................................................... 41 8 謝辭 ......................................................... 42 9 參考文獻(xiàn) ...................................................... 43 附 1 系統(tǒng)的原理電路圖 .............................................. 44 附 2 系統(tǒng)的相關(guān)程序 ................................................ 45 附 3 外文文獻(xiàn)翻譯 譯文 ............................................. 53 附 4 外文文獻(xiàn)翻譯 原文 ............................................. 59 第 1 頁 1 前言 近年來，隨著居民區(qū)的不斷擴(kuò)建與改造，樓房層數(shù)的不斷加高，我國居民用水難問題越來越突出，特別是高層建筑居民，原有的自來水管網(wǎng)的壓力出現(xiàn)不足，大部分地區(qū)普遍存在著用水高峰期高層供不上水，高層居民經(jīng)常出現(xiàn)用水難問題， 給生活帶來極大不便。例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時使產(chǎn)品報廢和設(shè)備損壞。采用該供水系統(tǒng)不需建造高位水箱或水塔，水質(zhì)無二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化建筑供水方案。 方案二 方案二系統(tǒng)由變頻器 、控制器、傳感器、主副兩個水泵電機(jī)及相關(guān)電氣控制設(shè)備集成而成，是一種具有變頻調(diào)速和全自動閉環(huán)控制功能的機(jī)電一體化智能設(shè)備。國外不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品。系統(tǒng)通過計算判定目前是否己達(dá)到設(shè)定壓力，決定是否增加 (投入 )或減少 (撤出 )水泵。其變過程可以表示如下：檢測壓力（下降）――控制器輸出（上升）――變頻器頻率（上升）――電機(jī)轉(zhuǎn)速（上升），反之相反，最終達(dá)到恒壓。 2．調(diào)試不方便，需要專業(yè)人事到現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試， 這也增加了人力的投入資本。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說明如下。另外壓阻式傳 感器還有易于微型化，測量范圍寬，頻率響應(yīng)好（可測幾千赫茲的脈動壓力）和精度高等特點。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 復(fù)位電路的設(shè)計 單片機(jī)的 RST 引腳為主機(jī)提供一個外部復(fù)位信號輸入端口。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計復(fù)位電路時，通常使 RST 保持高電平。在電路仿真當(dāng)中，為了體現(xiàn)效果，把最小步進(jìn)臨時改成了 5。然而，在實際應(yīng)用中，遇到的大都是連續(xù)變化的模擬量，因此，需要一種接口電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。顯示器、鍵盤電路就是用來完成人機(jī)對話的人 — 機(jī)通道。 第 13 頁 M2M1R L ?5VQ12 N22 2 265412U3O P T O CO UP L E R NP ND5DI O DE副電機(jī)繼電器R L 6 65VQ 6 62 N22 2 265412U 6 6O P T O CO UP L E R NP ND 5 5DI O DE主電機(jī)繼電器 圖 38 電機(jī)控制電路 穩(wěn)壓電源模塊 大部分的電子電路與電子設(shè)備都需要有一個穩(wěn)定的直流電源提供能量，而且對于我們通常所接觸的控制器而言，一般都是利用電網(wǎng)提供的交流電源，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，濾去其不穩(wěn)定的脈動、干擾成分，提供一個穩(wěn)定的直流電壓，來使電子電路與電子設(shè)備保持正常的工作。 特殊器件的介紹 本系統(tǒng)中主要使用了如下一些功能器件： DAC0832,ADC0809, 變頻器。變頻器類型的選擇要根據(jù)負(fù)載的要求進(jìn)行。選擇變頻器時， 只有變頻器的額定電流是一個反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量 。 在眾多變頻器中基于運(yùn) 行可靠性、價格適中我們選定三菱公司出品的 FR500 系列。 XFER：傳送控制信號，用它來控制了 WR2 是否起作用。 VREf：基準(zhǔn)電壓輸入，可以超出177。若 ILE=“ 1”、 CS=“ 0”與 WR1=“ 0”時，使輸入寄存器的 LE=“ 1”，當(dāng) WR1 變?yōu)椤?1”時，輸入寄存器便將數(shù)據(jù)鎖存。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕? START： A／ D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 GND：地。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入 ,共用 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 單片機(jī) AT89C51 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4Kbytes的可反復(fù)察寫的只讀程序存儲器和 128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)，兼容 MCS51的指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大。 Flsah 編程和程序校驗期間， P1 就收低 8 位地址。對 P3口寫入 1 是，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并作為輸入口。 如 EA 端為高電平， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出 品的 51系列兼容單片機(jī) C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)， 是目前最流行開發(fā) 80C51 系列單片機(jī)的軟件，提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ micro。也就是說，基于 C 語言環(huán)境下的嵌入式系統(tǒng)能基本達(dá)到平臺的無關(guān)性。 主程序初始化 ,開 T0中斷 ,設(shè)置 T0 為 10ms 的中斷 壓力的動態(tài)顯示 按鍵處理子程序 Y N 是否鍵按下 開始 第 26 頁 圖 42 T0 中斷服務(wù)程序流程圖 讀 A/D 轉(zhuǎn)換器 返回 Y 進(jìn)入 T0中斷 PID 調(diào)節(jié) 是否為最大值 標(biāo)志位 M2 是否為 1 是否為最小值 標(biāo)志位 M2 是否為 1 N Y Y 置標(biāo)志位 M2 為1， (開 M2 電機(jī) )。這是模擬 PID 控制器中所無法實現(xiàn)的。對應(yīng)閥門實際位置的控制量，目前采用較多的是利用如上算式并通過執(zhí)行軟件來完成。而按鍵處理的程序框圖如圖 44 所示。 T1 定時器中斷服務(wù)程序的功能，從顯示緩沖區(qū)分別取出 4 位 LED 顯示數(shù)據(jù)的位碼和段碼，送 P0 口，依次顯示每一位，顯示 4 位需要 4ms 的時間。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(jī)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。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。 可以看出，由于一般計算機(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量值的偏差，即可有 (43)求出控制增量。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在控制工程中，用計算機(jī) PID 控制算法來實現(xiàn)數(shù)字 PID 控制器 ，組成計算機(jī)控制系統(tǒng)。 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(jī)處理，程序見附錄。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 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。 欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器， EA端必須保持低電平。 P3口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 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。 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)。當(dāng) EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。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。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓。 21～ 28： 8位數(shù)字量輸出端。或者使 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，也可達(dá)到同樣目的 。 DGND：數(shù)字地，芯片數(shù)字信號接地點。它是邏輯電平為 0的各位輸出電流之和。 WR2：寫信號 2。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(fù)載，應(yīng)考慮采用無反饋的矢量控制方式。 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(jī)功率和額定容量。 2%ED 電源 額定輸入 交流電壓、頻率 三相 38