【正文】 本系統(tǒng)需要+24V 和 +5V 兩種供電電壓等級，而該系統(tǒng)是通過普通交流 220V 的市電供電的，所以本設(shè)計采用整流、濾波、穩(wěn)壓的原理，完成由交流到所需直流電 源的功能設(shè)計。當某按鍵按下時，其輸出電平并非立刻降為零，而是有一個抖動過程。 定時供水鍵 K3：對于一些實行定時供水的地方可以使用該模式。因此，鍵盤接口技術(shù)也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中的一項重要內(nèi)容?？梢燥@示 84 行 1616 點陣的漢字 ， 也可完成圖形顯示。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 。 SP485R 的 A、 B 端用來傳輸差分信號。在此設(shè)計中，我們選用 RC 電路完成復(fù)位電路的設(shè)計。 一般在加點后芯片處于未知狀態(tài)時對其復(fù)位，每次復(fù)位后系統(tǒng)重新進行初始徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 23 化程序。 XTAL1 接地， XTAL2 接外部振蕩器。時鐘可以有內(nèi)部方式產(chǎn)生和外部方式產(chǎn)生。 用戶的用水量與頻率的變化有關(guān)，用水量多時，頻率提高，水泵電動機轉(zhuǎn)速加快；反之，用水量少時，頻率降低，水泵處于低速狀態(tài)，達到節(jié)能、恒壓的目的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下： A T 8 9 S 5 1放 大 、 8 位 A / D轉(zhuǎn) 換1 5 V 模 擬 信 號L E D 顯 示 模 塊 鍵 盤報 警 中 斷S P 4 8 5 R變 頻 器（ V F F F ）強 電 電 路 開 關(guān) 切 換 電 路采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用的為 EHT132 遠徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 20 傳壓力變送器和 LRSP 系列液位傳感器 [15]。 SP485R的特點： 1）單一的 +5V電源供電； 2）允許多于 400個收發(fā)器掛接在同一條傳輸線路上（ 1/10 單位負載）； 3）接收器輸入高阻抗（標準值 RIN＝ 150kΩ）； 4）半雙工配置與工業(yè)標準管腳一致； 5）共模輸入電壓范圍為 7V～ +12V； 6） 包含關(guān)斷模式（ ICC10μA）； 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 7） 低功耗（ 250mW）； 8） 獨立的發(fā)送器使能和接收器使能。 如果將使能引腳置為 0，則發(fā)送器 輸出為高阻態(tài)，禁止發(fā)送。 SP485R概述： SP485R芯片是一種高性能、低功耗的 RS485差分收發(fā)器，能夠代替其它 通用的 RS485收發(fā)器。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 圖 33 MM440變頻 器的電路圖 水泵的選擇 根據(jù)供水要求，選擇水泵時主要考慮水泵的功率和揚程。電壓范圍： 380V 至 480V 三相交流電； 變頻器的主回路結(jié)構(gòu)如圖 32所示，整流電路采用不可控整流電路，逆變器采用正弦脈寬調(diào)制逆變器，同時完成調(diào)壓和調(diào)頻，開關(guān)元件采用大功率晶體管GTR。 為此 ,在調(diào)節(jié)電源頻率的同時 ,要調(diào)節(jié)電壓的大小 ,以維持磁通的恒定 ,使最大轉(zhuǎn)矩不變。 改變 1f 即可改變電動機轉(zhuǎn)速 1n 。 變頻器的選擇 （一）變頻器的原理 異步電動機采用變頻調(diào)速方式來控制其轉(zhuǎn)速是比較理想的一種方法。 。 33MHz（ 89C51 的極限工作頻率是 24M） ，就是說 89S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。 低功耗的閑置和掉電模式 32 條可編程 I/O 線 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命 1000 寫 /擦循環(huán) ) 另外，系統(tǒng)外接一個時鐘芯片，可以實現(xiàn)定時供水的模式。環(huán)境溫度升高10度，變頻器使用壽命減半。為了防止電機燒毀事故的發(fā)生，變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓 ，例如：為了使電機的旋轉(zhuǎn)速度減半，變頻器的輸出頻率必須從 60Hz 改變到 30Hz，這時變頻器的輸出電壓就必須從 200V 改變到約 100V。 本系統(tǒng)中變頻器的控制方式為 VVVF，即變壓變頻。 變頻調(diào)速適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。因此，在一些調(diào)速性能要求較高的場合不適合。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。由于該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值（為 2 的倍數(shù)，例如極數(shù)為 2， 4， 6），所以不適和改變該值來調(diào)整電機的速度。 高樓供水系統(tǒng)控制功能比較簡單，要求處理速度較快，而且并不需要經(jīng)常改變程序。在一些能使用單片機且干擾性不強的場合，首先考慮使用單片機。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。它是一種在線式實時控制計算機，有較強的抗干擾能力、較低的成本。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 3 方案論證與選擇 高樓供水系統(tǒng)的設(shè)計主 要包括單片機控制部分、電動機變頻調(diào)速部分和算法部分。 相反，采用變頻調(diào)速控制水泵電機時，當轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)降低時，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)與恒速泵供水方式中用閥門增加阻力的流量控制方式相比，節(jié)能效果顯著 。在常規(guī)供水系統(tǒng)中，采用閥門控制流量，需要減少流量時關(guān)小閥門，管路性 能曲線有 R1變?yōu)? A點移到 D點，揚程從 H0上升到 H1，流量從 Q0 減少到 Q1。 式（ ） 式中 S 被稱為管路阻力系數(shù)。當水泵電機選定后， p和 s為定值，也就是說電機轉(zhuǎn)速與電源的頻率高低成正比，頻率越高，轉(zhuǎn)速越高，反之，轉(zhuǎn)速越低，變頻調(diào)速時是根據(jù)這一公式來實現(xiàn)無級調(diào)速的。此外，最不利點的控制壓力還保證了用戶水壓的穩(wěn)定，無論管路特性等因素發(fā)生變化，最不利點的水壓是恒定的，保證了供水壓力的可靠。此方案與泵出口恒壓松散水相比，其能耗下降了 h1。所以其工況點是在 H 上平移。當用水量從 Qmax 減少到 Q1的過程中，采用不同的控制方案，其水泵的能耗也不同。 住宅 類型 給水衛(wèi)生器具完善程度 用水標準（ m3/人日） 系數(shù) 1 僅有給水龍頭 ～ ～ 2 有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設(shè)備 ～ ～ 3 有給水衛(wèi)生器具，并有無淋浴設(shè)備 ～ ～ 4 有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設(shè)備和集中 熱水供應(yīng) ～ ～ 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 供 水系統(tǒng)分析 水泵機組利用變頻調(diào)速技術(shù)，通過改變電動機定子電源頻率來改變電動機轉(zhuǎn)速來相應(yīng)的改變水泵的轉(zhuǎn)速及工況，使其流量與揚程可以適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，保持管網(wǎng)壓力恒定，從而達到節(jié)能的效果。 、斷相和短路等保護和報警功能。 1%。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 2 變調(diào)速系統(tǒng)能耗分析 供水系統(tǒng)的工藝要求 本系統(tǒng)對小區(qū)面積為 3000 平米，樓層最高位 11 層，樓高為 38 米的 1000戶的小區(qū)進行供水。 長期以來區(qū)域的供水系統(tǒng)都是由市政管網(wǎng)經(jīng)過二次加壓和水塔或天而水池來滿足用戶對供水壓力的要求。而在本科所學(xué)的方法中都要求控制對象明確才能計算控制器參數(shù)。利用壓力傳感器測量水管壓力，其輸出為數(shù)字量。 (3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率 大、機組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。由于這一范圍的用戶群十分龐大，所以是目前國內(nèi)研究和推廣最多的方式。單片機通過監(jiān)控對檢測信號和人工設(shè)備自動處理。 80 年代，我國引進了氣壓供水設(shè)備。因此，擺在用戶面前的突出問題：一是蓄水，二是加壓。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速產(chǎn)業(yè)正在不斷壯大，成為主流的調(diào)速方式 。在這些供水方式中，由于水泵揚水較高、水壓不徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 穩(wěn)且電機一直高速運行，從而造成較大的電能消耗。 設(shè)計高樓恒壓供水智能控制系統(tǒng)。近年來隨著 IC產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，變頻器的價格大幅下降，可靠性增強，容量增大（已達到 400KW），變頻器的使用已成倍增長。在家庭中使用的電機數(shù)量一般不下 50臺，一部汽車里通常有 70 至 80 臺電機 ； 在工業(yè)領(lǐng)域，工廠自動化中應(yīng)用的電機更加比比皆是。 據(jù)統(tǒng)計，我國每年水泵消耗的電能約占電能總消耗量的 20%以上，而電能消耗又占水費成本的 60%以上。 隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加 快， 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水量急劇增加， 水資源的節(jié)約和合理利用顯得極為重要。但談到變頻供水節(jié)能時，不管變頻供 水系統(tǒng)是什么樣的變流量系統(tǒng)，一律認為是水泵功耗和水泵轉(zhuǎn)速的三次方成正比 。 和人們生活密切相關(guān)的小區(qū)或大樓供水，為了保證供水質(zhì)量，一般采用恒壓供水系統(tǒng)。 有地表水取水 建 筑物和地下水取水排水工程 。 ① 給水水源。 系統(tǒng)根據(jù)用水量的多少由單片機來控制運行的水泵數(shù)目 ,變頻調(diào)節(jié)水泵機組的轉(zhuǎn)速 ,保證供水系統(tǒng)的水壓恒定 ,可以避免管網(wǎng)的壓力超出設(shè)定壓力從而引起設(shè)備的損壞；變頻調(diào)速可以使水泵機組實現(xiàn)循環(huán)軟啟動防止頻繁啟動時 ,啟動電流對供電 系統(tǒng)和配電設(shè)備產(chǎn)生沖擊 ,使電氣設(shè)備、水泵機組和管道的使用壽命得到了延長。恒壓供水技術(shù)的發(fā)展對于水資源的節(jié)約和電能的合理利用有著非常重要的意義。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機 構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本文介紹了一種基于單片機控制的高樓變頻恒壓供水系統(tǒng)。這種由單片機來控制的變頻調(diào)速恒壓供水電路 ,不但使水壓恒定 ,節(jié)電節(jié)水 ,系統(tǒng)維修工作量小，而且占地面積小 ,成本低 , 投資省 ,操作方便 ,運行可靠，非常適合于高層建筑和生活小區(qū)供水。有地表水、地下水和再用水。 排除人 類生活污水和生產(chǎn)中的各種廢水、多余的地面水的工程。以前是用供水水塔或高位水箱來保證供水系統(tǒng) 的 壓力恒定。 隨著人們生活水平的提高、高層建筑的快速發(fā)展，高樓供水系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多；水資源卻在不斷減少，能源的需求不斷提高，水資源、能源的節(jié)約和合理利用就擺在重要位置。高 樓供水技術(shù)的發(fā)展對于水資源的節(jié)約和電能的合理利用有著極其重要的意義。 全球溫度正呈現(xiàn)上升的趨勢，更加有效地利用能源成為當務(wù)之急。 本文采用了交流變頻調(diào)速裝置和壓力傳感器構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，由單片機控制實現(xiàn)高樓全自動恒壓供水。 目前，國內(nèi)外許多 電力 拖動場合已將矢量控制的變頻器廣泛應(yīng)用于通用 機械、紡織、印染、造紙、軋鋼、化工等行業(yè)中交流電動機的無級調(diào)速，已明顯取得節(jié)能效果并滿足工藝和自動調(diào)速要求。恒壓供水系統(tǒng)目前 在國內(nèi)外 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究中，大容量恒壓供水系統(tǒng)存的水壓閉環(huán)控制和變頻電源 與工頻電源的無擾動平穩(wěn)切換問題沒有得到根本性的解決。高樓供水技術(shù)的發(fā)展對于水資源的節(jié)約和合理利用有著極其重要的意義。 供水系統(tǒng)在設(shè)計時是按現(xiàn)場最大供水需求（及最大工況）來考慮的，供水水泵的運行工況也相同，即按單機的最大供水需求量來考慮的；在實際使用中有很多時間水泵都需要根據(jù)實際工況進行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)的做法是用開停補（減）泵及開關(guān)閥門的方式進行調(diào)節(jié)，用開停補（減）泵會有啟動沖動電流，開關(guān)閥門進行調(diào)節(jié)增大了系統(tǒng)的節(jié)流損失，且對系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)也是階段性的，調(diào)節(jié)速度緩 慢，減少損失的能力很有限也使整個系統(tǒng)工作在波動狀態(tài)，對于供水系統(tǒng)超壓爆管這類故障幾乎無能為力。因而各種供水設(shè)備應(yīng)運而生。其工作原理是由壓力表測氣壓罐壓強，由水位控制器保證水位，由壓力和水位兩參數(shù)控制電機，進行補氣補水。通過 在供水水泵加裝變頻調(diào)速器裝置，則可以一勞永逸的解決好上述問題，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制，使系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，并可通過變頻節(jié)能收回投資。 (2)國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。單片機獲得測量值后通過算法計算出頻率值。 用湊試法確定 PID參數(shù)不需要知道系統(tǒng)模型。在供水系統(tǒng)中加壓泵通常是用最不利水電的水壓要求來確定相應(yīng)的揚程設(shè)計，然后泵組根據(jù)流量變化情況來選配，并確定水泵的運行 方式。根據(jù)表 21 和表 22 分別確定用水量標準為 ，最大用水量為 175m3/h,根 據(jù)供水壓力公式 P=（ +*樓層數(shù)） MPa 得 11層樓的供水壓力應(yīng)該為 ，取 。 。 。 由水泵的工作原理可知：水泵的揚程與水泵電機的轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的流量與水泵電機的轉(zhuǎn)速成正比，水泵的軸功率等于水泵流量與揚程的乘積，所以水泵的軸功率與水泵（電機）的轉(zhuǎn)速的三次方成正比（即水泵的軸功率與供電頻率的三次方成正比）。 圖 21 節(jié)能分析曲線圖 (1)水泵全速運轉(zhuǎn)，靠關(guān)小泵出口閥門來控制；此時，管路阻力特性曲線變陡（ A2），水泵的工況點由 b 點上滑到 c 點，而管路所需的揚程將由 b 點滑到 d點，這樣 c點和 d 點揚程的差值即為全速水泵的能量浪費。在水量到達 Q1 時，