【正文】 一下： 1) 增量式 PID 控制算法 所謂增量式 PID 是指數(shù)字 控制器的輸出只是控制量的增量 Δu(k)。 PID 有幾個(gè)重要的功能：提供反饋控制；通過積分作用可以消除穩(wěn)態(tài)誤差：通過微分作用預(yù)測(cè)將來。 主程序流程圖 恒壓供水控制器對(duì)生活供水、消防供水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，要求軟件具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高抗干擾能力，檢測(cè)信號(hào)準(zhǔn)確，有良好的動(dòng)靜態(tài)性能，該軟件按結(jié)構(gòu)化流水設(shè)計(jì)，分為若干功能部分，采用 C 語言編寫。用過匯編語言后再使用 C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端 . 各單元模塊的聯(lián)接 完成各模塊的設(shè)計(jì)后，模塊按照功能 的不同連接成整體的電路圖。 RST:復(fù)位輸入。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù) 用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通 常使用頻率為 500KHZ，VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。 START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。當(dāng) A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 2．外部特性（引腳功能） 第 頁 18 IN 026m s b 2 1212 220IN 1272 3192 418IN 2282 582 615IN 312 714ls b 2 817IN 42E O C7IN 53A D D A25IN 64A D D B24A D D C23IN 75A L E22re f( )16E N A B L E9S T A R T6re f( + )12C L O C K10U?A D C 08 0 9 圖 310 ADC0809 引腳圖 ADC0809芯片有 28條引腳，采用雙列直插式封裝，如 圖 310所示。圖中的 RFB是片內(nèi)電阻，為外部運(yùn)放提供反饋電阻，用以輸出適當(dāng)電壓。 +5V～ +15V，最佳用 +15V。 Iout1： DAC電流輸出 1。它與 ILE結(jié)合起來用以控制 WR1是否作用。在調(diào)速范圍不大的情況下，選擇較為簡(jiǎn)易的 V/F控制方式的變頻器。因?yàn)檫@種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕負(fù)載沖擊，具有挖土機(jī)特性。其總的原則是首先保證可靠地實(shí)現(xiàn)工藝要求，再盡可能節(jié)省資金。由于固定式三端穩(wěn)壓電源（ 7805）的輸出電流有 ，而本次設(shè)計(jì)電路電流在 1A到 2A之間，考慮到電路的一般余量在 2倍到 3倍左 右。而且只須要考慮段的驅(qū)動(dòng)因?yàn)楣碴枠O接 +5V，而共陰接地，所以位的驅(qū)動(dòng)不要考慮。 第 頁 11 A D 0A D 1A D 2A D 3A D 4A D 5A D 6A D 7A D E N DA D S TA D S TA D E O壓力傳感器U ?( C LO C K )O U T 121A D D B24A D D A25A D D C23V R E F ( + )12V R E F ( )16I N 31I N 42I N 53I N 64I N 75S T A R T6O U T 58E O C7OE9C LO C K10O U T 220O U T 714O U T 615O U T 817O U T 418O U T 319I N 228I N 127I N 026A L E22U?A D C 08 0 9 圖 35 A/D 轉(zhuǎn)換電路 D/A 轉(zhuǎn)換模塊 A D 4A D 5A D 6A D 7A D 3A D 2A D 1A D 0DA C SV RE F8G ND3V C C20CS1W R 12DI 34DI 25DI 16DI 07RF B9G ND10I O UT 111I O UT 212DI 713DI 614DI 515DI 416X F E R17W R 218I L E ( B Y 1 /B Y 2 )19U 1 2DA C08 3 2U2O P A M P 圖 36 D/A 轉(zhuǎn)換電路 D/A轉(zhuǎn)換電路用我們比較熟悉的 DAC0832 來作， DAC0832采用了二次緩沖輸入數(shù)據(jù)方式（輸入寄存器及 DAC 寄存器）。 如圖 34所示，電路由 4個(gè)按鍵和 4個(gè)電阻組成，按鍵分別命名為【啟停鍵】、【設(shè)置鍵】、【增一鍵】和【減一鍵】，共四個(gè)鍵，電阻可以采用 9腳排阻（ 8 10KΩ）。由于 R?C電路充電過程中， RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工 第 頁 9 作的可靠性。在單片機(jī)的XTAL1和 XTAL2兩個(gè)引腳間，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，如圖32所示。 %的量程。壓阻式傳感器是利用晶體的壓阻效應(yīng)制成的傳感器。這樣不但減小了電動(dòng)機(jī)的無功功率，而且提高了水泵的工作效率，節(jié)約了能源。使其工作時(shí)需要專業(yè)人員通過變頻器的控制面板，在變頻器的 PID選項(xiàng)中選擇合適的 PID參數(shù)，再經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試校 第 頁 6 正，設(shè)備才可以正常運(yùn)行?？傊到y(tǒng)可根據(jù)用戶用水量的變化，自動(dòng)確定泵組的水泵的循壞運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質(zhì)量。 4 位 LED 顯示 上位機(jī)通信 四位獨(dú)立式鍵盤 AT89C51 變頻器 M2（工頻） A/D 轉(zhuǎn)換 D/A 輸出 壓力傳感器 M1（變頻） 調(diào)節(jié)水壓 專用變頻器 水泵電機(jī) 管道 壓力傳感器 壓力給定 第 頁 5 方案論證 方案一的工作流程是 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。 單 片 機(jī) 開關(guān) A/D 轉(zhuǎn)換 恒速泵壓機(jī) 變頻泵壓機(jī) D/A 轉(zhuǎn)換 壓力傳感器 管網(wǎng)水壓 第 頁 4 圖 22 方案二的原理框圖 方案三 圖 23 方案三的原理框圖 系統(tǒng)由專用變頻器、壓力傳感器、水泵等組成。 第 頁 3 2 總體方案設(shè)計(jì) 通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識(shí)，我主要提出了三種技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。 設(shè)計(jì)背景 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(guó)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。即用水量增加時(shí)，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大，當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過控制器加泵；用水量減少時(shí)，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量相應(yīng)減小。基于單片機(jī)的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要： 本設(shè)計(jì)是在深入研究當(dāng)前多種恒壓供水方案的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出“定頻副電機(jī) +變頻 主電機(jī) +低端 MCU”的低成本高效能恒壓供水方案。 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。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。 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。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。這 些產(chǎn)品將 PID調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)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。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。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。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。本次設(shè)計(jì)采用壓電傳感器來測(cè)量水管壓力。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。單片機(jī)工作的速度是由時(shí)鐘電路提供的。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。本次設(shè)計(jì)采用上電自動(dòng)復(fù)位電路。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。 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。若選擇靜態(tài)顯示，則 LED驅(qū)動(dòng)器的選擇較為簡(jiǎn)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。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 。 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。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。 。 CS：片選信號(hào)。 D0～ D7： 8位數(shù)字輸入， D0為最低位。 Vcc：邏輯電源。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。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 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 。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。 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，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。 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)。 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。 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。從而保證整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)，可靠性以及可升級(jí)性。 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。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)。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。 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。 第 頁 31 5 系統(tǒng)調(diào)試 本章對(duì)系統(tǒng)的各模塊進(jìn)行了仿真調(diào)試。 第 頁 33 首先點(diǎn)擊 啟動(dòng)界面區(qū)域 ③ 中的 “P” 按鈕（ Pick Devices，拾取元器件）來打開 “Pick Devices” （拾取元器件）對(duì)話框從元件庫中拾取所需