單片機控制的恒壓無塔供水系統(tǒng)的設(shè)計

1、單片機控制的恒壓無塔供水系統(tǒng)的設(shè)計榮雪琴（蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系）摘要本文介紹了一種采用單片機技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)控制的智能化供水控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以單片機為核心，結(jié)合傳感器和變頻器實現(xiàn)對供水管內(nèi)的水壓保持恒定的作用。該系統(tǒng)具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)試和擴展、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。關(guān)鍵詞傳感器單片機變頻技術(shù)實時控制在工業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)居民生活用水的供水系統(tǒng)中，大多要求供水壓力能基本保持恒定。但由于用水量是隨時變化的并且變化幅度很大，因此采用傳統(tǒng)的供水塔、高位水箱、氣壓罐等供水設(shè)備很難滿足這一要求。同時，這些供水設(shè)備存在著二次水污染、占地面積大、清潔維修困難等不完善之處，給居民用水和房管維修部門帶

2、來諸多不便。單片機控制恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)采用單片機測控技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)對供水系統(tǒng)中的泵組進行閉環(huán)控制?？筛鶕?jù)供水系統(tǒng)中瞬時變化的壓力來調(diào)節(jié)電機泵的轉(zhuǎn)速，供水管網(wǎng)系統(tǒng)中的水壓保持恒定的壓力，從而達到進一步提高供水品質(zhì)，實現(xiàn)節(jié)能的目的。系統(tǒng)組成與原理壓范圍是，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保地址輸入和控制線：條。為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將、三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進入轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。、和為地址輸入線，用于選通上的一數(shù)字量輸出及控制線：條。為轉(zhuǎn)換啟動信號

3、，當(dāng)上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，應(yīng)保持低電平。為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，當(dāng)為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行轉(zhuǎn)換。為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；，輸出數(shù)其余引腳：條。為時鐘輸入信號線。因的內(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。（），（）為參考電壓輸入。：電源；：地。應(yīng)用說送要轉(zhuǎn)換的那在端給出一個至少有變?yōu)楦唠娖綍r，令為高電平，這樣轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機。（）模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的原理。與寫信號相或非，構(gòu)成的啟動轉(zhuǎn)換信號（）和鎖存信號（），鎖存信號首先將地址，鎖存，選中路模擬信號輸入

4、通道中的通道，然后啟動信號將轉(zhuǎn)換器的逐次逼近寄存器復(fù)位并開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時的（轉(zhuǎn)換結(jié)束信號）腳為低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，信號為高電平，的引腳與單片機的相連，當(dāng)檢測到腳為高電平后，單片機發(fā)出讀信號，與的輸出信號相或非，使的（輸出允許）信號有效，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)就通過數(shù)據(jù)線送入單片機內(nèi)。控制與顯示電路用單片機作為核心控制器件，該單片機與兼容。是一種低功耗、高性能位微控制器，具有在系統(tǒng)可編程存儲器，字節(jié)，位口線，看門狗定時器，個數(shù)據(jù)指針，三個位定時器計數(shù)器，一個向量級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。單片機主要控制輸出電路和繼電器電路的工作，定時輸出占空比與頻率相對應(yīng)的調(diào)制信號，通過二級運算放大后輸出與頻率相對應(yīng)的電壓

5、信號，將此信號送給變頻器可以控制變頻器的工作，從而控制電機的轉(zhuǎn)速。、和分別控制三個繼電器的工作，從而控制三臺水泵電機的啟動與停止。顯示電路由四只共陽極的數(shù)碼管組成，采用動態(tài)顯示方式，顯示水泵電機工作的臺數(shù)和變頻器輸出的頻率等。系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)原理圖如圖所示，首先通過高壓力傳感器采集水管內(nèi)的壓力值并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過運算放大電路放大其電流，然后送給轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號從單片機的口輸入，單片機內(nèi)部完成計算、顯示和控制等功能，單片機一方面輸出信號控制轉(zhuǎn)換電路的工作，另一方面控制繼電器電路的工作從而控制電機的啟動與停止。單片機將電機的工作臺數(shù)和變頻器的輸出頻率通過數(shù)碼管顯示出來。（轉(zhuǎn)頁）本系統(tǒng)主要由

6、傳感器、單片機、運算放大電路、轉(zhuǎn)換電路、轉(zhuǎn)換電路和顯示系統(tǒng)等組成，其框圖如圖所示。圖系統(tǒng)框圖高壓力傳感器高壓力傳感器是利用壓阻效應(yīng)原理，采用半導(dǎo)體集成電路工藝及特殊工藝制成的一種用于力學(xué)量檢測的傳感器，其主要特點是高精度、高靈敏度、高穩(wěn)定性和高可靠性。本系統(tǒng)采用的是型高壓力傳感器，用來采集水管內(nèi)水的壓力值，可以將水管內(nèi)的壓力值轉(zhuǎn)換成電信號。型高壓力傳感器的壓力范圍為，對于動靜態(tài)壓力均可測量，有較優(yōu)良的動態(tài)特性。信號處理電路信號處理電路由運算放大電路和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成。由于高壓力傳感器輸出的電流較低，且線性度不好，因此需要選用精密運算放大器對其輸出的電流進行放大，經(jīng)過運算放大電路放大后的輸出信

7、號仍然是模擬信號，而單片機只能處理數(shù)字信號，因此需要將運算放大電路的輸出信號通過轉(zhuǎn)換電路進行信號轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號為對應(yīng)的數(shù)字信號才能送給單片機處理。（）的功能介紹。芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于最大為），所以在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。同時具有輸入偏置電流低（為±）和開環(huán)增益高（對于為）的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。的特點如下所示。超低偏移：最大；低輸入偏置電流：；低失調(diào)電壓漂移：；超穩(wěn)定時間：；最高電源電壓范圍：±至±。（）模數(shù)

8、轉(zhuǎn)換芯片。內(nèi)部組成。是帶有位轉(zhuǎn)換器、路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的組件。它是逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。由一個路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通個模擬通道，允許路模擬量分時輸入，共用轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)端為高電平時，才可以從三態(tài)輸：條模擬量輸入通道。對輸入模擬量要求：信號單極性，電道產(chǎn)生不同頻率方波輸出。這里使用了兩個緩沖器，一個用于存放從卡讀到的聲音數(shù)據(jù)，另一兩個緩沖區(qū)的功能不斷交替，形成一個由個緩沖區(qū)構(gòu)成的環(huán)形緩沖。播放聲波文件由機通過超級終端以命令的方式選擇，聲音的播放狀態(tài)也顯示在機

9、超級終端上。具體流程如圖所示。圖音頻解碼電路（）液晶顯示模塊。液晶顯示模塊主要完成數(shù)據(jù)顯示、輸出數(shù)據(jù)與顯示數(shù)據(jù)的同步等功能，并可為使用者提供曲目信息。液晶屏硬件電路如圖所示。小結(jié)本系統(tǒng)實現(xiàn)了簡易的基本原型設(shè)計，提出了一種基于的播放器本系統(tǒng)只是實現(xiàn)了的基本功能，的功能圖主程序流程圖其實很強大，還可以進一步利用系統(tǒng)來完善和豐富該的功能，例如利用來選擇歌曲、利用來顯示歌曲名、利用來調(diào)節(jié)音量等。本系統(tǒng)也可以嘗試采用更有效的中斷方式，在內(nèi)存中設(shè)置一個環(huán)形的緩沖區(qū)，從卡讀取的文件數(shù)據(jù)存放在其中，當(dāng)需要數(shù)據(jù)時其引腳將產(chǎn)生低電平，利用其產(chǎn)生中斷。參考文獻圖顯示電路播放器的軟件設(shè)計（）程序?qū)崿F(xiàn)思想。通過從卡中讀

10、取文件，將所讀取的數(shù)據(jù)流通過發(fā)送到解碼中播放；機可通過總線讀寫卡的內(nèi)容，傳送等文件；顯示屏用于顯示的文件名和播放狀態(tài)信息。（）播放流程設(shè)計。通過從卡中讀取聲波文件，將所讀取的部分存放在一個緩沖器中，利用通道定期產(chǎn)生的中斷，從緩沖器中讀取聲音數(shù)據(jù)，然后根據(jù)聲音數(shù)據(jù)通過的通（接頁）李寧基于的處理器開發(fā)應(yīng)用北京航空航天大學(xué)出版社，馬忠梅，李善平，康慨，等嵌入式系統(tǒng)教程北京航天航空大學(xué)出版社，（），賴曉晨，原旭，孫寧嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計清華大學(xué)出版社，作者簡介程磊（），蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系碩士。研究方向：電子技術(shù)。（收稿日期：）號、顯示信號。系統(tǒng)上電后，首先進行一些初始化，接著采集的壓力數(shù)據(jù)，

11、對采集的壓力數(shù)據(jù)進行處理，主要和設(shè)定的壓力值進行比較，得出各種控制信號，一方面控制水泵電機的工作數(shù)量，另一方面輸出的控制信號控制轉(zhuǎn)換電路的工作。另外，還采用數(shù)碼管直觀地顯示當(dāng)前工作的水泵電機的數(shù)量和變頻器輸出的頻率值，其流程圖如圖所示。結(jié)論圖系統(tǒng)原理圖基于單片機技術(shù)與變頻調(diào)速技術(shù)設(shè)計的供水控制系統(tǒng)，硬件電路簡單，程序編寫簡單，運算速度快，能夠?qū)崟r的測量和控制水管內(nèi)的水壓，測量范圍寬，具有節(jié)能安全的優(yōu)點，另外不需要水塔，提高了水的質(zhì)量。隨著高樓的不斷出現(xiàn)，該供水控制系統(tǒng)的應(yīng)用將會越來越廣泛。參考文獻谷曉芳淺析多功能恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，（）李斌，羅富強，等基于異步電機效率優(yōu)化的變頻供