【正文】 周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。變頻器采用常用于供水系統(tǒng)的 TD2100由單片機到配電部分的控制信號及系統(tǒng)的一些控制開關命令 , 均通過光電耦合電路進行隔離 , 以減少強電回路對單片機的影響。 4 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的硬件設計 如前所述，本文設計的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)主要采用 Atmel 公司的 AT89C51 單片機作為控制 CPU (因為該單片機片內(nèi)具有 4KB 可編程閃爍存儲器 )其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 41所示 系統(tǒng)的工作原理是 : 控制器通過檢測實際水壓值 , 比較設 定水壓值和實際水壓值的差別 , 按 PID 控制規(guī)律運算后 ,輸出控制信號至變頻器 , 變頻器則根據(jù)控制器的輸入信號調(diào)節(jié)水泵電機的供電電壓和頻率。另一個就是泵出口壓力恒壓控制。從而實現(xiàn)水泵 2 由變頻切換至工頻電網(wǎng)運行，水泵 1接入變頻器并啟動運行，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)下變頻器輸出頻率不斷增加，直到管網(wǎng)水壓達到設定值 （ Pi＜ P＜ Pm） 為止。系統(tǒng)工作原理結(jié)構(gòu)見 圖 33。其控制特性如圖 31 所示。這種調(diào)速方法 ,可以獲得很大的調(diào)速范圍，很好的調(diào)速平滑性和相對穩(wěn)定性 [17]。反應水泵運行工程的水泵工作點也稱為水泵工況點，是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實際運行時所具有的揚程、流量以及相應的效率、功率等參數(shù)。單片機將更易用、性能更加穩(wěn)定、價格更低，而主流仍然是 8 位機。有的還使用雙晶振設計，在空閑時候關閉高速晶振，使 用片內(nèi)或外部低速晶振。而一些廠家，則生產(chǎn)出可以在 ～6V的條件下工作的單片機。因此，這類單片機十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡。單片機的最明顯的優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設備中。代表產(chǎn)品有 intel 公司的 MCS96 系列 ,TI 公司的 TMS9900,NEC 公司的 783系列和 NS 公司的 HPC16040 等。典型的代表產(chǎn)品有 Fairchild 公司吉林農(nóng)業(yè)大學學士學位論文（設計） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計 8 的 F8 和 Mostek387 公司的 3870 等。隨著控制范疇的不斷拓展，單片機的應用領域也將越來越廣泛，它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設計思想。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。 本文主要研究內(nèi)容 本文主要論述了變頻調(diào)速的基本原理及單片機在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應用。 20 世紀 80 年代，又進一步開發(fā)成功了絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)，它是一種電壓 (場控 )型自關斷的電力電子器件，具有在任意時刻用基極 (柵極、門極 )信號控制導通或關斷的功能，從而使變頻調(diào)速技術又向前邁進了一步。然而，作為飲水工程中最重要的供水這一環(huán)目前卻存在著很多問題，傳統(tǒng)供水方式己經(jīng)不能滿足當前社會的發(fā)展和吉林農(nóng)業(yè)大學學士學位論文（設計） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計 6 需求。由于電動機在低頻運行時，變頻器具有能夠根據(jù)負載輕重調(diào)整輸入電壓的功能，從而提高了電動機的工作效率。 在轉(zhuǎn)速控制方式時，由于在閥門開度不變的情況下，流量 Q*和轉(zhuǎn)速 n*是成正比的，比值 Q*/n*不變。轉(zhuǎn)速控制法的實質(zhì)是通過改變水泵的供水能力來適應用戶對流量的需求。 二、調(diào)節(jié)流量的方法與比較 在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。 一、供水系統(tǒng)的特性和工作點 1． 揚程特性 以管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明在某一轉(zhuǎn)速下，全揚程 HT與流量 Q 間關系的曲線 HT=f(Q)，稱為揚程特性曲線，如圖 11 中的曲線 ① 所示。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設備的成本比水塔水箱要低得多。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及研究意義 我國國民經(jīng)濟正處于迅猛發(fā)展時期，能源緊缺是制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，節(jié)能節(jié)水是我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基本國策。經(jīng)測算，電機采用變頻調(diào)速技術運行后，一般可節(jié)電 20%一 40%，因此這項技術具有廣闊的使用前景，可被廣泛應用于改造鍋爐、風機、水泵、制冷機等設備的運行方式，以用來降低壓差損耗以及起停電機的電耗 [2]。 關鍵詞： 變頻調(diào)速；恒壓供水； AT89C51單片機 1 前 言 變頻調(diào)速技術概況 變頻技術是利用大功率半導體器件及其相應的控制與保護電路來實現(xiàn)電能頻率參量的控制與變換，以實現(xiàn) 電力的某些使用目的，并提高其使用質(zhì)量與效率的一種技術。 18 軟件程序設計 6 單片機簡介 10 系統(tǒng)工作過程 13 主控單片機引腳說明 17 5 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的軟件設計 21 致 謝 因此 ， 有利于節(jié)能節(jié)水的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)得到了更廣泛的應用。 變頻調(diào)速技術已深入我們 生活的每個角落，在國民經(jīng)濟和日常生活中占有重要地位 :應用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術 ?；鹆Πl(fā)電廠用電動機驅(qū)動的輔機主要是風機水泵、給水泵、循環(huán)水泵、空壓機和磨煤機等，據(jù)初步調(diào)查，其中 50%60%的風機、水泵可以改為調(diào)速運行。要安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟可靠的管理好遍布全城的供水管網(wǎng)，一定要有一個滿足供水特點的、先進的自動化供水控制系統(tǒng)。但它是由位置高度形成的壓力來進行供水的，為此，需要建造水塔或?qū)⑺渲糜诮ㄖ锏捻敳?[5]。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)浪費了很多水力資源和 電力資源，效率低下，且可靠性低，嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。如圖 11 中的曲線 ② 所示，管阻特性是表明由管阻（閥門開度）來控制供水能力的特 性曲線。 圖 11 供水系統(tǒng)的基本特性 Figure11 Basic characteristics of watersupply system 吉林農(nóng)業(yè)大學學士學位論文（設計） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計 4 即通過關小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速則保持不變（通常為額定轉(zhuǎn)速）。這時，流量減小為 QE（ =QX） ，揚程減小為 HC，供水功率 PC與面積 0DCK 成正比 [8]。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第二個方面。 研究意義 變頻調(diào)速技術的應用和推廣，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中無非是解決兩大問題一是節(jié)能，二是改善生產(chǎn)過程。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展 變頻恒壓供水是在交流變頻調(diào)速技術的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的，所以談變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展就是要看看交流變頻調(diào)速技術的發(fā)展。 電力電子技術發(fā)展方向是：高電壓大容量化、高頻化、組件模塊化、小型化、智能化和低成本化。 單片機不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。這里的技術特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術手冊中得到。該機有兩塊集成電路芯片組成 ,結(jié)構(gòu)奇特 ,具有與眾不同的指令系統(tǒng) ,深受民用電器和儀器儀表領域的歡迎和重視。 第三代單片機 (19791982):這是八位單片機成熟的階段 .這一代單片機和前兩代相比 ,不僅存儲容量和尋址范圍大 ,而且中斷源 ,并行 I/O 口和定時器 /計數(shù)器個數(shù)都有了不同程度的增加 ,更有甚者是新集成了全雙工穿行通信接口電路。 直到現(xiàn)在 51 系列的芯片還在中國市場占有相當大的比重。 首先，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，單片機已集成了越來越多的部件。 現(xiàn)在新的單片機的功耗越來越小，特別是很多單片機都設置了多種工作方式，這些工作方式包括等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等工作方式。 最后是工藝方面。 有些高檔單片機，如一些 32 位的單片機，出于一些特殊市場，還在內(nèi)部集成有音頻解碼和合成，圖片和視頻解碼電路， DMA 通道， MMC 等 [16]。片內(nèi)帶有 4KB 的可反復擦寫的只讀程序存儲器和 128B 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。水泵在實際運行時的工作點取決于水泵性能、管路水力損失以及所需實際揚程，這三種因素任一項發(fā)生變化，水泵的運行工況都會發(fā)生變化因此水泵 工況點的確定和工況調(diào)節(jié)與這三者密切相關。 由式 （ 32） 可知， N KN1 是常數(shù)，只要控制好 Eg和 ?1，便可達到控制磁通 Φm的目的。 把基頻以下和基頻以上的情況結(jié)合起來可得圖 32 所示的異步電動機變壓變頻調(diào)速控制特性。系統(tǒng)開始工作時，管網(wǎng)水壓低于設定壓力下限 P。 Ⅲ 由水泵 1 變頻運行轉(zhuǎn)變?yōu)樗?1 變頻停止，水泵 2 變頻運行狀態(tài)。為了變頻器不跳閘保護，現(xiàn)場使用當中的許多變頻器加減速時間的設置過長，它所帶來吉林農(nóng)業(yè)大學學士學位論文（設計） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計 14 的問題很容易被設備外表的正常覆蓋，但是變頻器達不到最佳運行狀態(tài)，所以現(xiàn)場使用時要根據(jù)所驅(qū)動的負載性質(zhì)不同，測試出負載的允許最短加減速時間，進行設定。通過這種控制方式 , 就可以使自來水管道壓力保持在設定值上 。具體說明如下： VCC：供電電壓。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。當 P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。注意加密方式 1時， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。5,UP EOC≠ 1 未轉(zhuǎn) 換完，等待 MOVX DPTR,A 轉(zhuǎn)換完讀回壓力值 MOVX 48H,A 結(jié)果存入 48H I N 026m s b 2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714l s b 2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10A D C 0 8 0 9R3R9R 1 0R8R4R5R 1 63264157C1V D 1V R 1V R 2V R 3壓力變送器輸入壓力設定電位器4 2 0 m A I N吉林農(nóng)業(yè)大學學士學位論文（設計） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計 17 輸出控制電路 系統(tǒng)在運行中，將壓力設定值和反饋值進行比較后再按 PID 算法進行計算，在將計算算結(jié)果 u（ k） 經(jīng) 0832D/A 轉(zhuǎn)換后變成模擬控制電壓信號，再作用于交流變頻調(diào)速器。在由單片機構(gòu)成的微型計算機系統(tǒng)中 ,由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾 ,造成程序的跑飛 ,而陷入死循環(huán) ,程序的正常運行被打斷 ,由單片機控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作 ,會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài) ,發(fā)生不可預料的后果 ,所以出于對單片機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測的考慮 ,便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機程序運行狀態(tài)的芯片，即Watchdog。 本文采用 MAX813 作為 Watchdog電路主芯片。 水泵 2 繼電器控制 :當 =0時，水 泵 2開 。 繼電器控制子程序完成水泵 2的運轉(zhuǎn)和停止控制。 控制量計算子程序框圖見圖 54。 整個 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于大規(guī)模使用和維護 ，可廣泛應用于 對供水質(zhì)量沒有 復雜要求的一般供水系統(tǒng)，應用前景