【正文】 當(dāng)掃描頻率在 70Hz 左右時，能夠產(chǎn)生足夠的圖形和較好的顯示效果。本設(shè)計采用 增量式 PID 控制，下面把增量式 PID 控制算法介紹一下： 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)。 主程序流程圖 恒壓供水控制器對生活供水、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，檢測信號準(zhǔn)確，有良好的動靜態(tài)性能，該軟件按結(jié)構(gòu)化流水設(shè)計，分為若干功能部分，采用 C 語言編寫。 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)計后，模塊按照功能的不同連接成整體的電路圖。 在訪問外部程序存儲器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。因ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ，VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 2．外部特性（引腳功能） 第 18 頁 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。 +5V～ +15V，最佳用 +15V。它與 ILE 結(jié)合起來用以控制 WR1 是否作用。因為這種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機械特性硬度 大，不怕負(fù)載沖擊，具有挖土機特性。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。 第 11 頁 A D 0A D 1A D 2A D 3A D 4A D 5A D 6A D 7A DE N DA DS TA DS TA DE O壓力傳感器U?( CLO CK )O UT 121A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT6O UT 58E O C7OE9CLO C K10O UT 220O UT 714O UT 615O UT 817O UT 418O UT 319I N228I N127I N026A L E22U?A DC 0 8 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）。由于 R?C電路 充電過程中， RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機復(fù)位。在單片機的XTAL1 和 XTAL2 兩個引腳間，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機的時鐘電路，如圖32所示。壓阻式傳感器是利用晶體的壓阻效應(yīng)制成的傳感器。使其工作時需要專業(yè)人員通過變頻器的控制面板，在變頻器的 PID 選項中選擇合適的 PID 參數(shù)，再經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試校 第 6 頁 正，設(shè)備才可以正常運行。 4 位 LED 顯示 上位機通信 四位獨立式鍵盤 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 管道 壓力傳感器 壓力給定 第 5 頁 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運算。 第 3 頁 2 總體方案設(shè)計 通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實際知識，我主要提出了三種技術(shù)方案來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。即用水量增加時，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大，當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時，通過控制器加泵；用水量減少時，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量相應(yīng)減小?；趩纹瑱C的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計 摘 要： 本設(shè)計是在深入研究當(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 +變頻 主電機 +低端 MCU”的低成本高效能恒壓供水方案。也就是根據(jù)用水量的大小，由供水控制器控制水泵數(shù)量以及變頻器對水泵的調(diào)速，來實現(xiàn)恒壓供水。下面我將首先對這三種方案的組成框圖和實現(xiàn)原理分別進(jìn)行說明，并分析比較它們的特點，然后闡述我最終選擇方案的原因。系統(tǒng)通過壓力傳感器將電器部分與泵組聯(lián)系起來，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。整個操作過程都必須有專業(yè)人員的界入。當(dāng)它受到壓力作用時，應(yīng)變元件的電阻發(fā)生變化，從而使輸出電壓發(fā)生變化。電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)。 按鍵接口模塊設(shè)計 本系統(tǒng)采用獨立式按鍵，獨立式按鍵的各按鍵相互獨立，每個按鍵都有一個輸入線，各按鍵的狀態(tài)互不影響， CPU 需對按鍵狀態(tài)分別檢測，只適用于按鍵數(shù)量較少的場合。這樣可以在輸出的同時，采集下一個數(shù)字量，以提高轉(zhuǎn)換速度。故本次設(shè)計電源電路需要采用擴流電路，如圖 39。為了實現(xiàn)大調(diào)速比的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大變頻器容量的辦法。 WR1：寫信號 1。 第 17 頁 V 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 )19 圖 39 DAC0832 引腳圖 AGND：模擬地。下面說明各引腳功能。下降沿啟動 A／ D轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 ADC0809 通道選擇表如表 32 所示。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口線上的內(nèi)容，在整個訪問期間不改變。各模塊的具體聯(lián)接圖見附錄一。本設(shè)計的軟件主程序用來動態(tài)顯示系統(tǒng)的壓 第 25 頁 力，壓力的采樣和系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)都在中斷處理程序中 , 主流程圖如圖 41： 圖 41 主程序流程圖 T0中斷服務(wù)程序 主要包括： A/D 轉(zhuǎn) 換程序； D/A 轉(zhuǎn)換程序；控制程序。離散的 PID 表達(dá)式為： ?? ????? kj DIP kekeKjeKkeKku 0 )]1()([)()()( （ 41） 當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)需要的是控制量的增量 (如驅(qū)動步進(jìn)電機 )時，可由式 (41)導(dǎo)出提供增量的 PID 控制算法。一般可以采用時間間隔 10ms 對 LED 進(jìn)行動態(tài)掃描一次，每一位 LED 的顯示時間為 1ms。 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。在各個控制階段采取各種控制方法，以此來獲得控制目標(biāo)。從而保證整個系統(tǒng)的品質(zhì)，可靠性以及可升級性。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。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。 CLK 為時鐘輸入信號線。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 Vcc：邏輯電源。 CS：片選信號。對于恒轉(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。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 。 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。本次設(shè)計采用上電自動復(fù)位電路。單片機工作的速度是由時鐘電路提供的。本次設(shè)計采用壓電傳感器來測量水管壓力。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。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(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用的新 型變頻器。 實施計劃 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)計方案，并對方案進(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； 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)的模擬測試； 6月上旬撰寫設(shè)計報告，并準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯。 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。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。同時達(dá)到供水效 率的目的“用多少水，供多少水”。 方案比較 方案一 圖 21 方案一的原理框圖 方案一系統(tǒng)由泵機和可變頻網(wǎng)絡(luò)組成。運算結(jié)果以010v 的電壓信號輸給變頻器，實現(xiàn)恒壓供水。因此，通用性不好，這是這種變頻恒壓供水方案的另外一個缺點。一般壓阻式傳感器是在硅膜片上做成四個等值的電阻的應(yīng)變元件，構(gòu)成惠斯特電橋。電路中電容 C1 和 C2 對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范 圍 30177。在此電路中，按鍵輸入部分采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時， I/0 口線有確定的電平。如圖 36所示。 第 14 頁 T R 1B R 12 W 0 6 G220V50HZR10 .2 2 kR20 .2 kD1Q1VI1VO3GND2C12 2 0 0 u FC20 .3 3 u FC30 .1 u FR30 .6 8 k 圖 39 穩(wěn)壓電源電路 采用外接 PNP 型大功率管的方法，這是一種最基本的擴展電流電路，擴展的輸出電流取決于外接功率管的電流負(fù)載量，電路中的 R1 是 VT 的偏置電阻，為 VT1 提壓導(dǎo)通時的基極偏壓， VT 與集成穩(wěn)壓器內(nèi)電路中的 NPN 型調(diào)整管組成復(fù)合管，設(shè) Ir 為流過電阻R1 中的電流， Ic 為流過外接調(diào)整管的集電極電流， Td為 7805 的靜態(tài)工作電流，這時 7805的輸出電流為 Ioxx，可表示 IdIcIrIoxx ??? ?式中 ? 為 VT的電流放大系數(shù)，穩(wěn)壓擴展后的輸出電流 Io 可表示為 IoxxIcIo ?? 。對于要求精度高、動態(tài)性能好、響應(yīng)快的生產(chǎn)機械（如造紙機械、軋鋼機等），應(yīng)采用矢量控制高功能型通用變頻器 。在 CS 和 ILE 有效下，用它將數(shù)字輸入并鎖存于輸入寄存器中。芯片模擬信號接地點。 IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端 。直到 A／ D 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。 第 20 頁 圖 311 ADC0809 芯片的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 74LS245