【正文】 ....................................... 34 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 35 附錄Ⅰ 系統(tǒng)總原理圖 ............................................................................................................ 36 附錄Ⅱ 系統(tǒng)源程序 ................................................................................................................ 37 恒壓供水系統(tǒng)控制器的設(shè)計 1 1 前言 課題背景和意義 隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及 人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來 越高的要求。壓力和設(shè)定值在時時檢測，達(dá)到控制目的。按鍵用來設(shè)定想要控制的壓力值，單片機(jī)在內(nèi)部通過比較設(shè)定的壓力和當(dāng)前壓力，當(dāng)前壓力小于設(shè)定壓力時就會閉合電磁開關(guān)，開啟電機(jī)裝置，并開始報警。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)和社會意義。 I 恒壓供水系統(tǒng)控制器的設(shè)計 摘 要 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑越來越多，這為高層建筑的供水提出了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的通過水塔、氣壓增壓等供水方式不僅設(shè)備投資大，占地面積大，維修困難，水壓不穩(wěn)定，使得難以滿足高層建筑的需要。恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。 本設(shè)計以 單片機(jī) AT89C51 做為控制 核心 并協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作， 通過壓力傳感 器檢測當(dāng)前水的壓力，壓力傳感器輸出的是 0～ 5V 的模擬量，要經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量再送入單片機(jī) AT89C51 進(jìn)行處理，通過單片機(jī)的處理在 LED 數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的壓力值。高于設(shè)定壓力時斷開開關(guān)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。 關(guān)鍵詞： 恒壓供水 ,傳感器 ,單片機(jī) II The Controller Design of Constant Pressure Water Supply System ABSTRACT With China39。 尤其高層建筑越來越多，這為高層建筑的供水提出了挑戰(zhàn)。 過去經(jīng)常出現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量， 出現(xiàn)水壓升高供大于求的情況，此時會造成能量的浪費(fèi)，同時還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)量的安全與可靠性。第一方面：在我國，節(jié)電節(jié)水的潛力非常大。 我國的大量用電設(shè)備中， 風(fēng)機(jī)和泵類電機(jī)的耗電量占全國發(fā)電量的 50%左右 ， 若推廣新型電機(jī)調(diào)速技術(shù)，可節(jié)約大量電資源，由于在我國一方面水電供應(yīng)緊張，而另一方面，水電的浪費(fèi)又十分驚人，節(jié)電節(jié)水，不僅潛力巨大，而且意義深。例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時供水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時使產(chǎn)品報廢和設(shè)備損壞，又如發(fā)生火災(zāi)時，若供水壓力不 足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。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)和社會意義。整個電路要經(jīng)過五部分的設(shè)計來完成： （ a） A/D 轉(zhuǎn)換部分 設(shè)計 （ b） LED 數(shù)碼管顯示當(dāng)前壓力部分 設(shè)計 （ c） 按鍵電路部分設(shè)計 （ d） LED 數(shù)碼管顯示設(shè)定值部分 設(shè)計 （ e）控制電路和報警電路部分設(shè)計 從系統(tǒng)需要和研究內(nèi)容可以看出，本設(shè)計需要做的主要工作有：查閱相關(guān)資料，了解各部分功能原理。利用電腦仿真，對 設(shè)計的電路進(jìn)行模擬檢測 。 恒壓供水系統(tǒng)控制器的設(shè)計 3 2 總體系統(tǒng)設(shè)計 總體設(shè)計之前，根據(jù)該系統(tǒng)所要達(dá)到的功能，選擇適當(dāng)?shù)脑骷秃线m的芯片來設(shè)計系統(tǒng)，了解各器件的原理和功能。ADC0809 轉(zhuǎn)換芯片，它是一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成，多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。顯示所測量的結(jié)果要用到LED 數(shù)碼管，用 LED 數(shù)碼管來顯示結(jié)果比較清楚，防水和磨損，是比較好的顯示方式。控制裝置要采用電磁開關(guān)控制，這樣就不用人為的操作，電磁開關(guān)在閉合或打開的時候在電磁線圈上會產(chǎn)生電流，為了防止這樣的電流對前面的電路產(chǎn)生不良效果，與線圈并聯(lián)一個二極管，利用二極管的單項(xiàng)導(dǎo)通性就能阻止電流流回電路，保證電路的安全。 經(jīng) 過 對 所要設(shè)計的控制系統(tǒng)的 功能要求 進(jìn)行 分析，可以 得道 系統(tǒng)的總體硬件 設(shè)計 框圖，如圖 21 所示。按鍵用來設(shè)定想要的壓力值，單片機(jī)在內(nèi)部通過比較設(shè)定的壓力和當(dāng)前壓力，當(dāng)前壓力小于設(shè)定值時就會閉合電磁開關(guān)，開啟電機(jī)裝置。 恒壓供水系統(tǒng)控制器的設(shè)計 5 3 硬件設(shè)計 壓力 傳感器 傳感器的基本概念 傳感器的主要作用是感受和響應(yīng)規(guī)定的被測量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成有用輸出，特別是完成非電量的轉(zhuǎn)換。一般來說，可以把傳感器看做由敏感元件和變換元件兩部分組成。 當(dāng)今的社會是信息化得社會，信息化的社會離不開科技的發(fā)展。但是，智能儀器、電腦、機(jī)器人并不能直接感受及識別外界的信息，它們都需要必不可少的感覺器官，而充當(dāng)它們的感覺器官的就是傳感器。 在整個科學(xué)技術(shù)和人類生活中，傳感器體現(xiàn)出了重要的一面。在航天、航海事業(yè)中，傳感器是不可缺少的器件，在現(xiàn)代飛行器上，裝備著繁多的顯示與控制系統(tǒng)，以確保各種飛行任務(wù)的順利完成。航天飛機(jī) 的機(jī)翼上僅溫度傳感器就多達(dá)幾十個。例如，空氣質(zhì)量檢測、污染防治、工業(yè)污水排放檢測、室內(nèi)裝飾環(huán)境檢測，環(huán)境噪音檢測、環(huán)境電磁波檢測等。在產(chǎn)品定型、汽車試車、飛機(jī)試飛等操作中傳感器陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 6 是必要器件。瑞士巴塞爾 PROGNOSAG 公司對日本、美國、西歐一些國家 和地區(qū)的傳感器發(fā)展情況進(jìn)行調(diào)查之后發(fā)表的報告聲明，目前非軍用傳感器的世界市場發(fā)展迅速，每年將以 %的速度增長。 在我國，傳感器技術(shù)的發(fā)展已有了一個良好的勢頭。但系列品種發(fā)展不均衡，推廣應(yīng)用的深度和廣度還不夠。 傳感器的分類 a） 按輸入量分類，以被測物理量命名， 如 位移傳感器、速度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器 、氣敏傳感器 等 。 c） 按工作原理分類，以工作原理命名，如應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、熱釋電傳感器、壓電式傳感器、光電傳感器等。 有源傳感器將非電量轉(zhuǎn)換為電能量，如電動勢、電荷式傳感器等；無源程序傳感器不起能量轉(zhuǎn)換作用。 傳感器選用原則 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個量的測量時首先要解決的問題。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。因?yàn)椋词故菧y 量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價格能否承受，還是自行研制。 2） 靈敏度的選擇 通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。傳感器的靈敏度是有方向性的。 3） 頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定延遲，希望延遲時間 越短越好。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點(diǎn) (穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等 )響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。當(dāng)所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。 在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗(yàn)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定 量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。 本設(shè)計中選用 PTJ206 壓力 傳感器 。 適于與 樓宇供水等壓力測量與控制。C）；負(fù)載電阻大于 50KΩ；絕緣電阻：大于 2021MΩ； 密封等級： IP65。復(fù)位電路如圖： 51KR3GND+5V22pFC11KR14S20RST 51KR3GND+5V22pFC1RST 圖 32 手動復(fù)位電路 圖 33 自動復(fù)位電路 單片機(jī)的時鐘信號是 由外部接的晶振產(chǎn)生，晶振的連接電路如圖： 1212MHzCRYSTAL22pF22pFXT2XT1 圖 34 單片機(jī)晶振電路 單片機(jī) 芯片上集成了各種功能部件：中央處理器（ CPU）、隨機(jī)存取存儲器（ RAM）、只讀存儲器（ ROM）、定時 /計 數(shù)器、和各種輸入 /輸出（ I/O）接口等。 89C51 單片機(jī)采用 40 引腳的雙列直插封裝（ DIP 方式），在單片機(jī)的 40 條引腳中有 2 條專用于主電源的引腳， 2 條外接晶體振蕩的引腳， 4 條控恒壓供水系統(tǒng)控制器的設(shè)計 9 制與其它電源復(fù)用的引腳， 32 條輸入 /輸出（ I/O）引腳。 和 128 字節(jié)的存取數(shù) 據(jù)存儲器（ RAM）， 該器件采用Atmel 公司的高密度非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集兼容。 AT89C51 提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)： 4K 字節(jié)閃爍存儲器， 128 字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器， 32 個 I/O 口， 2 個 16 位定時 /計數(shù)器， 1 個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)， 1 個串行通信口，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠 允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器、定時 /計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 其芯片引腳如圖 3－ 5 所示： 圖 35 單片機(jī)芯片封裝引腳 RST: 復(fù)位輸入信號端 ，高電平有效。對 HMOS 工藝的單片機(jī)此引腳還有備用電源 VPD功能?？梢员３制瑑?nèi) RAM 的數(shù)據(jù)不丟失的。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。 PSEN : 外部程序存儲器選通信號（ PSEN ）是外部程序存儲器選通信號。 EA /VPP: 訪問外部程序存儲器控制信號。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn) 行校驗(yàn)時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “ 1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng) P3 口寫入 “ 1” 后 ，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 在單片機(jī)中，這 8 個引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口，作為第一功能使用時，就是普通的 I/O 端口，值得強(qiáng)調(diào)的是，每一條引腳都可以獨(dú)立定義第一功能的輸入輸出或第二個功能。 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，例如：計數(shù)器式 A/D 轉(zhuǎn)換器、雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器、并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 1） 分辨率 分辨率是指轉(zhuǎn)換器所能分辨的被測量的最小值。如果數(shù)字量的位數(shù)為 n，分辨率就等于 1/2n 滿刻度值。ADC 型號不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。 3）轉(zhuǎn)換精度 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度由模擬誤差和數(shù)字誤差組成。數(shù)字誤差主要包括丟碼誤差和量化誤差，前者屬于非固定誤差，由器件質(zhì)量確定，后者和 A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多，誤差越小。 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖 33 所示。地址鎖存與譯碼電路完成對 A、 B、C 3 個地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直 接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相