【正文】 （公式 1） 式中： f 表示電源頻率， p 表示 電機(jī)磁 極對(duì)數(shù)， s 表示轉(zhuǎn)差率。 以及主電路和控制電路梯形圖。 單片機(jī) 根據(jù)管網(wǎng)壓力自動(dòng)控制水泵 運(yùn)行 ，并根據(jù)壓力檢測(cè)值和 系統(tǒng)設(shè)定 定值之間偏差進(jìn) 行 PID 運(yùn)算，輸出給變頻器控制其輸出頻率， 調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速 ， 進(jìn)而 使供水管網(wǎng)壓力恒定。 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 （ 6） 利用 通信 技術(shù)進(jìn)行 控制， 減少了 人力物力 過度投入 。 （ 4）不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減小，減小了維修量和維修費(fèi)用，并且水泵的壽命大大提高。 （ 2） 設(shè)備簡單 ， 安裝配置方便， 投資 成本低 ， 水資源利用 效率 大大提 高。隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的 廣泛應(yīng)用 ，上述想法已成為現(xiàn)實(shí)。 [1]逐漸發(fā)展起來的 氣壓供水，雖有所改進(jìn)， 可取代任何高度的水塔或樓頂高位水箱， 但 它亦存在 很多 明顯的缺點(diǎn) ，如 氣壓供水設(shè)備笨重 ， 氣壓 罐和泵房 建造成本 高， 水泵 啟動(dòng) 頻 繁 ，耗電量大 ，壓力不穩(wěn)定還會(huì)影 響電磁元件和水泵電機(jī)的壽命 。 “ 傳統(tǒng)的蓄水加壓 方 法有高位水箱、氣壓給水 以及 無水箱供水 等三種 方式。 其中單片機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心 ， 壓力傳感器用來測(cè)量系統(tǒng)中的控制 變量 ， 而水泵 電機(jī)機(jī)組、變頻 器 以 及繼電控制邏輯， 可看作系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 關(guān)鍵詞： 變頻調(diào)速，恒壓供水，單片機(jī)，節(jié)能 Abstract II ABSTRACT Reasonable development and protection and utilization of water resources is a difficult task to construct economic society. Modern highrise residential area tend to have low water use, water time, the characteristic of the large changes in water consumption, high energy consumption of the residents and thus lead to the water supply system, low reliability, pipeline system is imperfect and so on. And serious waste of a lot of water. With mature and widely used frequency conversion speed regulation technology, the use of PID regulator, frequency converter, MCU, pressure sensors such as anic bination, constitute a control system, the use of inverter control of pump rotation speed, adjust the output of the pump, the pipe work pressure to adjust to a reasonable range, realize constant pressure water supply of highrise building. Due to the water pump power consumption power and the motor speed of the direct ratio three times, so it has good energy saving effect through the pump speed control, pared to the average power consumption to save close to 40% of the normal use of water. Using AT89C51, can realize the main pump frequency conversion, the auxiliary pump soft start, short circuit protection, over current protection function, stable and reliable work, greatly extend the service life of motor. Key words: Constant pressure frequency conversion water supply, SCM，Energysaving 目錄 Ⅲ 目錄 1 引言 ...............................................................1 課題研究的提出 ................................................1 變 頻恒壓供水系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn) ....................................1 本課題的主要研究內(nèi)容 ..........................................2 2 變頻調(diào)速恒壓供水理論分析 ...........................................3 調(diào)速原理 ......................................................3 系統(tǒng)的節(jié)能原理分析 ............................................3 供水系統(tǒng)特性與工作點(diǎn) .....................................3 流量調(diào)節(jié)的方法 ...........................................4 流量調(diào)節(jié)方法的比較 ......................................5 變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖 ................................6 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備選型 .................................................9 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) ..............................................9 單片機(jī)的選擇 ..................................................9 PID 控制算法與其實(shí)現(xiàn) .........................................10 4 硬件設(shè)計(jì) .........................................................12 系統(tǒng)工作過程說明 .............................................13 變頻器部分硬件設(shè)計(jì) ...........................................14 主 電路 ..................................................14 控制電路 ................................................15 單片機(jī)部分硬件設(shè)計(jì) ...........................................16 主要部分電路 ...........................................16 其它部分電路 ...........................................20 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .....................................................27 主程序流程 ...................................................27 繼電器動(dòng)作控制 ...............................................27 PID 控制流程 .................................................28 6 結(jié)論 ..............................................................30 參考文獻(xiàn) ............................................................31 致謝 ................................................................32 附錄 1 以單片機(jī)為主的主要硬件圖 .....................................33 附錄 2 主要程序 .....................................................35 泰山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 引言 課題 研究 的提出 伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展 ，城市 高層建筑 數(shù)量增多，與此同時(shí)高層建筑樓層 層數(shù)也不斷增加 ， 高層居民經(jīng)常出現(xiàn)用水難問題， 針對(duì)上述問題， 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。由于水泵耗電功率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比，故通過水泵調(diào)速有較好的節(jié)能效果，平均功耗相比節(jié)省近 40%的正常用水。進(jìn)而嚴(yán)重的浪費(fèi)了大量水資源。 泰 山 學(xué) 院 本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī) 的 小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 所 在 學(xué) 院 機(jī)械與工程學(xué)院 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位所屬學(xué)科 工 學(xué) 年 級(jí) 二〇一 一 級(jí) （ 3+2） 學(xué) 生 姓 名 、 學(xué) 號(hào) 黃承蒙 2020170257 指導(dǎo)教師姓 名、職稱 張秀紅 講師 完 成 日 期 二〇一 三 年五月 摘要 I 摘要 合理開發(fā) 保護(hù) 和 利用 水資源是建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的一項(xiàng)艱巨任務(wù)?，F(xiàn)代 中高層小區(qū)生活用水 一般 存在水壓低、用水時(shí)間集中、用水量變化較大的特點(diǎn)，因而導(dǎo)致了居民供水系統(tǒng)能耗高，可靠性較低，管網(wǎng)系統(tǒng)不完善等問題。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，利用 PID 調(diào)節(jié)器、變頻器、單片機(jī)、壓力傳感器等器件的有機(jī)組合， 構(gòu)成控制系統(tǒng)，利用變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水泵的輸出量，把管網(wǎng)的壓力調(diào)節(jié)至一個(gè)合理的范圍，實(shí) 現(xiàn)高層建筑的恒壓供水。 利用 AT89C51單片機(jī)，可實(shí)現(xiàn)主泵變頻，副泵軟啟動(dòng)，短路保護(hù)，過流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長電機(jī)的使用壽命。恒壓供水控制系統(tǒng)由單片機(jī)、電機(jī)水泵機(jī)組、變頻控制器、壓力傳感器及繼電控制邏輯等組成。 當(dāng)單片機(jī) 壓力 采樣到傳感器 所測(cè) 的水壓值超 過 設(shè)定水壓范圍時(shí) ， 然后 根據(jù) 系統(tǒng) 設(shè) 定 的 控制算法 發(fā) 送 控制信號(hào) ， 從而得以 選擇 水泵投入臺(tái)數(shù)和控制拖動(dòng) 水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ，以實(shí)現(xiàn)高層建筑恒壓供水 。高位水箱給水靠水的勢(shì)能向用戶提供一定壓力的生活和生產(chǎn)用水 ， 但這種方式的不僅 造價(jià)高而 且 將影響建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及抗震性， 最重要的是高位水箱 給水 會(huì) 帶來 “ 二次污染 ” 。根據(jù)流體力學(xué)的原理 ， 采用交流變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 不僅 可做到 水量供需平衡 ， 同時(shí)又 降低了電耗。 變頻恒壓供水系統(tǒng) 的主要優(yōu)點(diǎn) ： （ 1）節(jié) 約 能 源 ，可節(jié)電 20%— 40%，供水品質(zhì)大大提高。 （ 3）自動(dòng)化程度高，功能齊全， 合理 可靠。 （ 5）從水源供 直接 水， 設(shè)備 二次污染 的程度下降 ， 防止許多 傳染疾病 的滋生，清潔維修方便。 本課題的主要研究內(nèi)容 本設(shè)計(jì)以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對(duì)象，把單片機(jī) 跟 變頻技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)一套城市 生活 小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，單片機(jī)控制 的 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要 由單片機(jī) 、 變頻器、 壓力變送器和 水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中有 1個(gè)貯水池 2 臺(tái)水泵，采用 PID 調(diào)節(jié)方法，即 2 臺(tái)水泵中只有 1 臺(tái)水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行， 另一臺(tái)水泵工頻運(yùn)行 。 根據(jù)以上控制要求，進(jìn)行 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體控制方案 、 硬件設(shè)備選型、單片機(jī)選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖，完成以單片機(jī)為核心的硬件設(shè)計(jì)： A/D 轉(zhuǎn)換采樣、 PID控制、用戶按鍵輸入、顯示屏顯示、單片機(jī)和變頻器的通信。 熟練使用相關(guān)軟件，并對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改。 此 式 表明 ， 改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有三種方式，即 改變電源頻率 f、 改變電機(jī) 磁 極對(duì)數(shù) p及 轉(zhuǎn)差率S