畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)(000001)

1、基于單片機(jī)的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：本設(shè)計(jì)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(jī)+變頻主電機(jī)+低端MCU”的低成本高效能恒壓供水方案。設(shè)計(jì)通過控制變頻器的輸出頻率從而自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)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。用戶可以自行設(shè)定水管中的水壓，低功耗低噪音高性能高壽命的特點(diǎn)使得本設(shè)計(jì)在同類產(chǎn)品中脫穎而出。使用Keil C 和Proteus 等先進(jìn)EDA軟件進(jìn)行了高效率地設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和仿真驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：恒壓，高效率，水泵轉(zhuǎn)速, 變頻器目 錄1前言11.1設(shè)計(jì)背景11.2設(shè)計(jì)目標(biāo)21.3實(shí)施計(jì)劃22總體方案設(shè)計(jì)32.1方案比較3方

2、案一3方案二3方案三42.2方案論證52.3方案選擇63單元模塊設(shè)計(jì)73.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)7水管壓力測量模塊7時鐘模塊設(shè)計(jì)及與器件選擇8復(fù)位電路的設(shè)計(jì)8按鍵接口模塊設(shè)計(jì)9轉(zhuǎn)換模塊10轉(zhuǎn)換模塊11顯示模塊設(shè)計(jì)12電機(jī)控制設(shè)計(jì)12穩(wěn)壓電源模塊133.2特殊器件的介紹14變頻器介紹14DAC0832介紹16ADC0809介紹17介紹20單片機(jī)AT89C51213.3各單元模塊的聯(lián)接234軟件設(shè)計(jì)244.1軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具244.2主程序流程圖24中斷服務(wù)程序25獨(dú)立按鍵程序設(shè)計(jì)28動態(tài)顯示程序模塊的設(shè)計(jì)305系統(tǒng)調(diào)試325.1Proteus仿真軟件介紹325.2軟件調(diào)試35水

3、管壓力顯示的仿真35恒壓值的仿真386結(jié)論407總結(jié)與體會418謝辭429參考文獻(xiàn)43附1 系統(tǒng)的原理電路圖44附2 系統(tǒng)的相關(guān)程序45附3 外文文獻(xiàn)翻譯-譯文53附4 外文文獻(xiàn)翻譯-原文591 前言近年來，隨著居民區(qū)的不斷擴(kuò)建與改造，樓房層數(shù)的不斷加高，我國居民用水難問題越來越突出，特別是高層建筑居民，原有的自來水管網(wǎng)的壓力出現(xiàn)不足，大部分地區(qū)普遍存在著用水高峰期高層供不上水，高層居民經(jīng)常出現(xiàn)用水難問題，給生活帶來極大不便。這種用水難問題在大城市表現(xiàn)尤為突出。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(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管

4、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。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。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(shí)現(xiàn)恒壓供水。同時達(dá)到供水效率的目的“用多少水，供多少水”。采用該供水系統(tǒng)不需建造高位水箱，水塔,水質(zhì)無二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化建筑供水方案。此外，恒壓供水系統(tǒng)對于某些上業(yè)或特殊用戶是非常重要的。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斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞。又如

5、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。1.1 設(shè)計(jì)背景隨著居民區(qū)的不斷擴(kuò)建與改造，樓房層數(shù)的不斷加高，我國居民用水難問題越來越突出，特別是高層建筑居民，原有的自來水管網(wǎng)的壓力出現(xiàn)不足，大部分地區(qū)普遍存在著用水高峰期高層供不上水，高層居民經(jīng)常出現(xiàn)用水難問題，給生活帶來極大不便。這種用水難問題在大城市表現(xiàn)尤為突出。由于能源的問題不得不改變以往的供水方案，來改變在供水中的能源浪費(fèi)問題，在國內(nèi)外已有很多關(guān)于很壓供水的研究，其中主要由兩種，一是基于單片機(jī)加通用變頻器的恒壓供水，一是基于PLC加專用變

6、頻器的恒壓供水，兩種各有自己的特點(diǎn)，第一種價格便宜，通用性強(qiáng)，易于操作，不需專業(yè)人員就能操作，而后者價格高，對專業(yè)知識要求高，非專業(yè)人員不易操作，但是其抗干擾能力強(qiáng)，在市場上也有很大的應(yīng)用，但是大多數(shù)人需要一個即便宜又容易操作的恒壓供水系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)就利用單片機(jī)和通用變頻器來設(shè)計(jì)此恒壓供水系統(tǒng)，并通過對系統(tǒng)的優(yōu)化來消除此系統(tǒng)的缺點(diǎn)，也就是來提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力，來體現(xiàn)其通用性強(qiáng)，易于操作的優(yōu)點(diǎn)。1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)該系統(tǒng)主要以單片機(jī)為主控模塊，通過控制變頻器的輸出頻率從而自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使供水系統(tǒng)自動恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。即用水量增加時，頻率升高，水

7、泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大；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。采用該供水系統(tǒng)不需建造高位水箱或水塔，水質(zhì)無二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化建筑供水方案。本次設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)是：完成系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，并繪制出相應(yīng)的原理電路圖；完成所需控制軟件的流程設(shè)計(jì)和編程任務(wù)。1.3 實(shí)施計(jì)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(jì)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(jì)；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(jì)報(bào)告，并準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。2 總體方案設(shè)計(jì)通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合

8、自己的實(shí)際知識，我主要提出了三種技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對這三種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后闡述我最終選擇方案的原因。2.1 方案比較2.1.1 方案一單片機(jī)開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換恒速泵壓機(jī)變頻泵壓機(jī)D/A轉(zhuǎn)換壓力傳感器管網(wǎng)水壓圖2-1 方案一的原理框圖方案一系統(tǒng)由泵機(jī)和可變頻網(wǎng)絡(luò)組成。如圖2-1所示，以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(yùn)算。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)。2.1.2 方案二方案二系統(tǒng)由變頻器、控制器、傳感器、主副兩個水泵電機(jī)及相關(guān)電氣控制設(shè)備集成而成，是一種具有變頻調(diào)速和全自動閉環(huán)控

9、制功能的機(jī)電一體化智能設(shè)備。它可同時對二臺三相380/50Hz,異步電動機(jī)行變頻調(diào)速和閉環(huán)控制，其系統(tǒng)組成示意圖如圖2-2所示。從下圖中我們可以看到，自動恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機(jī)調(diào)速裝置與供水控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動調(diào)整泵組的運(yùn)行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。4位LED顯示上位機(jī)通信四位獨(dú)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）圖2-2 方案二的原理框圖調(diào)節(jié)水壓專用變頻器水泵電機(jī)管道壓力傳感器壓力給定2.1.3 方案三圖2-3 方案三的原理框圖系統(tǒng)由專用

10、變頻器、壓力傳感器、水泵等組成。如圖2-3。專用變頻器就是指有內(nèi)置PID功能的變頻器。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展變頻器的功能也越來越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。國外不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品。如ABB公司的ACS600, ACS400系列產(chǎn)品，富士公司的G11S/P11S系列產(chǎn)品。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。2.2 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(yùn)算。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)。運(yùn)

11、算結(jié)果以0-10v的電壓信號輸給變頻器，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。方案二整個系統(tǒng)的具體工作流程為：系統(tǒng)通過安裝在出水總管上的壓力傳感器，將供水管網(wǎng)的非電量信號(動態(tài)壓力)轉(zhuǎn)變成電信號，輸入至供水控制器的輸入模塊，信號經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號進(jìn)行比較運(yùn)算，得出偏差值，再經(jīng)過PID處理得出最佳的運(yùn)行工況參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成模擬信號，由系統(tǒng)的輸出部分輸出變頻器的頻率設(shè)定值至變頻調(diào)速器，變頻調(diào)速器控制水泵的轉(zhuǎn)數(shù)來調(diào)節(jié)管網(wǎng)內(nèi)的實(shí)際壓力值趨向于設(shè)定壓力值，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的恒壓供水。對于多臺泵調(diào)速的方式，控制器控制泵站投運(yùn)水泵的臺數(shù)及變量泵的運(yùn)行工況，并實(shí)現(xiàn)對每臺水泵根據(jù)CPU指令實(shí)施軟啟動、軟切換及變頻運(yùn)行。系

12、統(tǒng)通過計(jì)算判定目前是否己達(dá)到設(shè)定壓力，決定是否增加(投入)或減少(撤出)水泵。即：當(dāng)一臺水泵工作頻率達(dá)到最高頻率時，若管網(wǎng)水壓仍達(dá)不到預(yù)設(shè)水壓，則將啟動令一臺工頻泵運(yùn)行，（此設(shè)計(jì)只用兩臺電機(jī)且功率達(dá)到設(shè)計(jì)要）此后，往復(fù)工作，直至滿足設(shè)定壓力要求為止。反之，若管網(wǎng)水壓大于預(yù)設(shè)水壓，控制器控制變頻器頻率降低，使變頻泵轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)頻率低于下限時自動切掉一臺工頻泵或此變頻泵，始終使管網(wǎng)水壓保待恒定。總之，系統(tǒng)可根據(jù)用戶用水量的變化，自動確定泵組的水泵的循壞運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質(zhì)量。系統(tǒng)系統(tǒng)由變頻器、控制器、傳感器、主副兩個水泵電機(jī)及相關(guān)電氣控制設(shè)備集成而成。該變頻恒壓供水控制器以單片機(jī)為核

13、心，在水泵的出水管道上安裝一個壓力傳感器，用于檢測管道壓力，并把出口壓力變成0-5V的模擬信號，送到單片機(jī)系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換輸入端，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變成相應(yīng)的數(shù)字信號，送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)經(jīng)運(yùn)算后與設(shè)定的壓力進(jìn)行比較，得出偏差值，再經(jīng)PID調(diào)節(jié)得出控制參數(shù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換變成05V的模擬信號，送入變頻器中，以控制其輸出頻率的大小，以此改變水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制管道壓力的目的。當(dāng)實(shí)際管道壓力小于給定壓力時，變頻器輸出頻率升高，電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，管道壓力升高；反之，頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速減小，管道壓力降低。其變過程可以表示如下：檢測壓力（下降）控制器輸出（上升）變頻器頻率（上升）電機(jī)轉(zhuǎn)速（上升）

14、，反之相反，最終達(dá)到恒壓。方案三由專用變頻器與PLC組成的恒壓供水系統(tǒng)，這類變頻器的功能雖然強(qiáng)一些，但是價格比通用變頻器卻要高很多。此種類型供水設(shè)備的花費(fèi)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(jī)的價格。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(xiàng)中選擇合適的PID參數(shù)，再經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試校正，設(shè)備才可以正常運(yùn)行。整個操作過程都必須有專業(yè)人員的界入。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(diǎn)。綜上所述，其有下面兩個缺點(diǎn)。1價格比較昂貴，不適合小型用戶的使用。2調(diào)試不方便，需要專業(yè)人事到現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試，這也增加了人力的投入資本。2.3 方案

15、選擇方案二采用壓力傳感器反饋電壓信號（0-5V）至變頻器中央處理器(MCU)，經(jīng)PID控制組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。其輸出頻率的大小由作用MCU處理器控制，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速自動增加或降低；當(dāng)變頻主電機(jī)由變頻器拖動運(yùn)行至最大頻率，壓力如還不能達(dá)到設(shè)定的壓力值，則MCU自動啟動定頻副電機(jī)，以期保持供水壓力恒定。這樣不但減小了電動機(jī)的無功功率，而且提高了水泵的工作效率，節(jié)約了能源。采用變頻控制方式；其操作方便，無須手動調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門；啟動噪音低，由于啟動電流很小，減小了對電網(wǎng)的沖擊，保護(hù)了用電設(shè)備。而且其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，并且系統(tǒng)價格相對來說也比較便宜，所以本次設(shè)計(jì)將采用方案二。3 單元模塊設(shè)計(jì)本節(jié)主要介紹系

16、統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說明。3.1 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要分為9個單元模塊，它們分別是：水管壓力測量模塊、時鐘模塊、復(fù)位模塊、按鍵接口模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、穩(wěn)壓電源模塊。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說明如下。3.1.1 水管壓力測量模塊圖3-1 水管壓力測量電路要測量出水管的電壓就需要壓力傳感器。本次設(shè)計(jì)采用壓電傳感器來測量水管壓力。壓阻式傳感器是利用晶體的壓阻效應(yīng)制成的傳感器。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

17、出電壓發(fā)生變化。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。當(dāng)受到壓力作用時，一對橋臂的電阻變大，而另一對橋臂電阻變小，電橋失去平衡，輸出一個與壓力成正比的電壓。由于硅壓阻式壓力傳感器的靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變的靈敏系數(shù)大50100倍，故硅壓阻式壓力傳感器的滿量程輸出可達(dá)幾十毫伏至二百多毫伏，有時不需要放大就可直接測量。另外壓阻式傳感器還有易于微型化，測量范圍寬，頻率響應(yīng)好（可測幾千赫茲的脈動壓力）和精度高等特點(diǎn)。但在使用過程中，要注意硅壓阻式壓力傳感器對溫度很敏感，在具體的應(yīng)用電路中要采用溫度補(bǔ)償。目前大多數(shù)硅壓阻式傳感器已將溫度補(bǔ)充電路做在傳感器中，從而使得這類傳感

18、器的溫度系數(shù)小于±0.3%的量程。如圖3-1所示。3.1.2 時鐘模塊設(shè)計(jì)及與器件選擇圖3-2 時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號，單片機(jī)本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在惟一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地按時序進(jìn)行工作 。該時鐘電路由兩個電容和一個晶體振蕩器組成。X1是接外部晶體管的一個引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。輸出端為引腳X2，在芯片的外部通過這兩個引腳接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。單片機(jī)工作的速度是由時鐘電路提供的。在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2兩個引

19、腳間，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時鐘電路，如圖3-2所示。電路中的器件選擇可以通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)。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30±10pF；石英晶體選擇6MHz或12MHz都可以。其結(jié)果只是機(jī)器周期時間不同，影響記數(shù)器的記數(shù)初值和運(yùn)算速度。3.1.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的RST引腳為主機(jī)提供一個外部復(fù)位信號輸入端口。復(fù)位信號是高電平有效的持續(xù)時間應(yīng)為2個機(jī)器周期以上。復(fù)位后，單片機(jī)內(nèi)部各部件恢復(fù)到初試狀態(tài)，單片機(jī)從ROM的0000H開始執(zhí)行程序。單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多人在設(shè)

20、計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時，除了進(jìn)入系統(tǒng)正常的初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動。所以，系統(tǒng)的復(fù)位電路必須準(zhǔn)確、可靠地工作。圖3-3復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時，通常使RST保持高電平。只要RST保持高電平，則單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位。本次設(shè)計(jì)采用上電自動復(fù)位

21、電路。由于RC電路充電過程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機(jī)復(fù)位。3.1.4 按鍵接口模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用獨(dú)立式按鍵，獨(dú)立式按鍵的各按鍵相互獨(dú)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。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。在掃描時，先讀取P0口的四位，若某位為低電平，應(yīng)先延時l0ms，然后再讀取該位，如果讀得的值仍為低電平，可確認(rèn)此鍵已按下，然后調(diào)用該鍵的鍵處理子程序，各鍵的優(yōu)先級別由軟件安排。依據(jù)本次的設(shè)計(jì)要求我們大體分析在自動部分需要4個按鍵，因此我們選擇獨(dú)立式鍵盤。在電路仿

22、真當(dāng)中，為了體現(xiàn)效果，把最小步進(jìn)臨時改成了5。按下啟停鍵后，系統(tǒng)將壓力傳感器傳過來的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換后進(jìn)入單片機(jī)，顯示出當(dāng)前的水壓。按下設(shè)置鍵后，系統(tǒng)顯示出設(shè)定的壓力值，如果對設(shè)置的水壓進(jìn)行調(diào)整，通過增減鍵，可以進(jìn)行單位為5的調(diào)整。如圖3-4所示，電路由4個按鍵和4個電阻組成，按鍵分別命名為【啟停鍵】、【設(shè)置鍵】、【增一鍵】和【減一鍵】，共四個鍵，電阻可以采用9腳排阻（8×10K）。【啟停鍵】功能：啟動/停止，執(zhí)行開始自動運(yùn)行和停止功能；【設(shè)置鍵】功能：設(shè)置，與【加一鍵】和【減一鍵】鍵配合對壓力進(jìn)行調(diào)整，開始設(shè)置?！驹鲆绘I】鍵功能：+1，與【設(shè)置鍵】鍵配合對壓力進(jìn)行調(diào)整，【加一鍵】鍵每按

23、下一次則進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行+1操作?！緶p一鍵】鍵功能：-1，與【設(shè)置鍵】鍵配合對壓力進(jìn)行調(diào)整，【減一鍵】鍵每按下一次則進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行-1操作。圖3-4按鍵接口電路3.1.5 A/D轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等數(shù)字系統(tǒng)是處理數(shù)字信號的電路系統(tǒng)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，遇到的大都是連續(xù)變化的模擬量，因此，需要一種接口電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換器正是基于這種要求應(yīng)運(yùn)而生的。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(jì)采用常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809. 如圖3-5所示。圖3-5A/D轉(zhuǎn)換電路3.1.6 D/A轉(zhuǎn)換模塊圖3-6 D/A轉(zhuǎn)換電路D

24、/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）。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。如圖3-6所示。3.1.7 顯示模塊設(shè)計(jì)但片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進(jìn)行人機(jī)對話。這包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向人們顯示運(yùn)行結(jié)果等。顯示器、鍵盤電路就是用來完成人機(jī)對話的人機(jī)通道。本次設(shè)計(jì)中要求作到4組LED顯示，LED顯示器的控制方式為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種，因此在選擇LED驅(qū)動時，一定要先確定顯示方式。若選擇靜態(tài)顯示，則LED驅(qū)動器的選擇較為簡單，只要驅(qū)動器的驅(qū)動能力與顯示器電流相匹配即可。而且

25、只須要考慮段的驅(qū)動因?yàn)楣碴枠O接+5V，而共陰接地，所以位的驅(qū)動不要考慮。動態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段選和位選信號共同配合完成的，因此，要同時考慮段和位的驅(qū)動能力，而且段的驅(qū)動能力決定位的驅(qū)動能力。如圖3-7所示。圖3-7 顯示模塊電路3.1.8 電機(jī)控制設(shè)計(jì)壓力傳感器將壓力信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)，如果壓力和設(shè)定壓力有偏差，單片機(jī)將控制變頻器調(diào)頻使壓力值穩(wěn)定，當(dāng)變頻主電機(jī)由變頻器拖動運(yùn)行至最大頻率，壓力如還不能達(dá)到設(shè)定的壓力值，則MCU自動啟動定頻副電機(jī)，以期保持供水壓力恒定。這樣不但減小了電動機(jī)的無功功率，而且提高了水泵的工作效率，節(jié)約了能源。圖3-8 電機(jī)控制電路3.1

26、.9 穩(wěn)壓電源模塊大部分的電子電路與電子設(shè)備都需要有一個穩(wěn)定的直流電源提供能量，而且對于我們通常所接觸的控制器而言，一般都是利用電網(wǎng)提供的交流電源，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，濾去其不穩(wěn)定的脈動、干擾成分，提供一個穩(wěn)定的直流電壓，來使電子電路與電子設(shè)備保持正常的工作。并且，我們目前絕大部分電子電路與電子設(shè)備都是使用線性電源，即通過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后提供穩(wěn)定的直流電壓給電子電路及芯片工作的。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

27、穩(wěn)定性也比較好。由于固定式三端穩(wěn)壓電源（7805）的輸出電流有1.5A，而本次設(shè)計(jì)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。故本次設(shè)計(jì)電源電路需要采用擴(kuò)流電路，如圖3-9。圖3-9 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(kuò)展電流電路，擴(kuò)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，可表示式中為VT的電流放大系數(shù)，穩(wěn)壓擴(kuò)

28、展后的輸出電流Io可表示為。因?yàn)?805的的最大輸出電流為1.5A，當(dāng)Io取1.5A時，則穩(wěn)壓器的擴(kuò)展后的輸出電流為3A，加一只二極管VD與R1并聯(lián)，把外接整流管的VT1的發(fā)射結(jié)電阻限制在0.7V以內(nèi)，當(dāng)輸出電流超過額定植時，保護(hù)電阻R2上的壓降增大，必然會使VT1的Vbe減小，從而使VT1的輸出電流減小，以至不導(dǎo)通，這樣便達(dá)到了保護(hù)外接管的目的。電路中的VT1可選用3CD6等PNP型硅低頻大功率管。3.2 特殊器件的介紹本系統(tǒng)中主要使用了如下一些功能器件：DAC0832,ADC0809, 變頻器。下面就這些器件的功能特點(diǎn)、主要參數(shù)和使用方法作相應(yīng)說明。3.2.1 變頻器介紹通用變頻器的選擇包

29、括變頻器的型式選擇和容量選擇兩個方面。其總的原則是首先保證可靠地實(shí)現(xiàn)工藝要求，再盡可能節(jié)省資金。表3-1 三菱FR-500系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格型號FR-A540- K-CH0.751.52.23.75.5適用電機(jī)容量（KW）（注1）0.751.52.23.75.5輸出額定容量（KVA）（注2）1.934.66.99.1額定電流（A）2.546912過載能力（注2）150% 60s 200% 0.5s（反時限特性）電壓（注4）三相 380V至480V 50Hz/60Hz再生制動轉(zhuǎn)矩最大值·允許使用率100%轉(zhuǎn)矩·2%ED電源額定輸入交流電壓、頻率三相 380V至480V 50Hz/6

30、0Hz交流電壓允許波動范圍323至528V 50Hz/60Hz允許頻率波動范圍±5%電源容量（KVA）（注5）2.54.55.5912保護(hù)結(jié)構(gòu)（JEM 1030）封閉型（IP20 NEMA1）（注6）冷卻方式自冷強(qiáng)制風(fēng)冷大約重量（） 連同 DU3.53.53.53.56.0根據(jù)控制功能可將通用變頻器分為三種類型：普通功能型V/F控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高性能型V/F控制變頻器（也稱無跳閘變頻器）和矢量控制高性能型變頻器。變頻器類型的選擇要根據(jù)負(fù)載的要求進(jìn)行。對于風(fēng)機(jī)、泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通常可選擇普通功能型的變頻器。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(jī)械

31、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。因?yàn)檫@種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕負(fù)載沖擊，具有挖土機(jī)特性。為了實(shí)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。對于要求精度高、動態(tài)性能好、響應(yīng)快的生產(chǎn)機(jī)械（如造紙機(jī)械、軋鋼機(jī)等），應(yīng)采用矢量控制高功能型通用變頻器。大多數(shù)變頻器容量可從三個角度表述：額定電流、可用電動機(jī)功率和額定容量。其中后兩項(xiàng)，變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基

32、本原則。1.負(fù)荷的調(diào)速范圍。在調(diào)速范圍不大的情況下，選擇較為簡易的V/F控制方式的變頻器。當(dāng)調(diào)速范圍很大時，應(yīng)考慮采用有反饋的矢量控制方式。2.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載只是在負(fù)荷一定的情況下負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩是不變的，但對于負(fù)荷變化時其轉(zhuǎn)距仍然隨負(fù)荷變化。當(dāng)轉(zhuǎn)矩變動范圍不大時，可選擇較為簡易的V/F控制方式的變頻器，但對于轉(zhuǎn)矩變動范圍較大的負(fù)載，應(yīng)考慮采用無反饋的矢量控制方式。3.如果負(fù)載對機(jī)械特性的要求不高，可考慮選擇較為簡易的V/F控制方式的變頻器，而在要求較高的場合，則必須采用有反饋的矢量控制方式。在眾多變頻器中基于運(yùn)行可靠性、價格適中我們選定三菱公司出品的FR-500系列。由式（3-1）和所要求的調(diào)速范圍9

33、01500r/min我們可以計(jì)算出變頻的范圍：（3-1）（3-2）即頻率的調(diào)節(jié)范圍為之間，另外，考慮到此前我們選用的YVP100L1-4 型變頻電機(jī)其標(biāo)稱功率P=2.2KW，額定電流IN=5.2A，對于三菱公司的FR-500系列變頻器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格型號的查看，如上表3-1所示，擬選用FR-A540-2.2K-CH型號的變頻器3.2.2 DAC0832介紹下面我就把DAC0832芯片各引腳功能介紹一下，圖3-9為其管腳圖：ILE：允許輸入鎖存。CS：片選信號。它與ILE結(jié)合起來用以控制WR1是否作用。WR1：寫信號1。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。WR2：寫信號2。在XFE

34、R有效下，用它將輸入寄存器中的數(shù)字傳送到8位DAC寄存器中。XFER：傳送控制信號，用它來控制了WR2是否起作用。在控制多個DAC0832同時輸出時特別有用。D0D7：8位數(shù)字輸入，D0為最低位。Iout1：DAC電流輸出1。它是邏輯電平為1的各位輸出電流之和。Iout2；DAC電流輸出2。它是邏輯電平為0的各位輸出電流之和。Rfb：反饋電阻，該電阻被制作在芯片內(nèi)，用作運(yùn)算放大器的反饋電阻。VREf：基準(zhǔn)電壓輸入，可以超出±10V范圍，芯片用于四象限乘時，為模擬電壓輸入。Vcc：邏輯電源。+5V+15V，最佳用+15V。圖3-9 DAC0832引腳圖AGND：模擬地。芯片模擬信號接地

35、點(diǎn)。DGND：數(shù)字地，芯片數(shù)字信號接地點(diǎn)。LE是寄存器鎖存命令，當(dāng)LE=“1”時，寄存器的輸出隨輸入變化；當(dāng)LE=“0”時，數(shù)據(jù)鎖存在寄存器中，而不再隨數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)變化而變化。若ILE=“1”、CS=“0”與WR1=“0”時，使輸入寄存器的LE=“1”，當(dāng)WR1變?yōu)椤?”時，輸入寄存器便將數(shù)據(jù)鎖存。同樣。若XFER=“0”且WR2=“0”時，使得DAC寄存器的LE=“1”，DAC寄存器的輸出隨輸入變化，當(dāng)WR2上升沿時，將輸入寄存器中的信息鎖存在DAC寄存器中。圖中的RFB是片內(nèi)電阻，為外部運(yùn)放提供反饋電阻，用以輸出適當(dāng)電壓。VREF端是外電路提供的+10V至-10V的參考電源，Iout1

36、與 Iout2是兩個電流輸出端。欲將輸入數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，只要使WR2=“0”、XFER=“0”，DAC寄存器為不鎖存狀態(tài)；當(dāng)ILE=“1”，CS和WR1端接負(fù)脈沖信號，即可完成一次轉(zhuǎn)換?；蛘呤筗R1=“0”，CS=“0”，ILE=“l(fā)”，即輸入寄存器為不鎖存狀態(tài)，當(dāng)WR2和XFER端接負(fù)脈沖信號，也可達(dá)到同樣目的。3.2.3 ADC0809介紹1主要特性1）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?3）轉(zhuǎn)換時間為100s4）單個5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。 2外部特性（引腳

37、功能）圖3-10 ADC0809引腳圖ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3-10所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。

38、Vcc：電源，單一5V。 GND：地。 ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD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。當(dāng)OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。3內(nèi)部結(jié)構(gòu)表3-2 ADC0809通道選擇 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0

39、 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7ADC0809由一個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。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。AD 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)是轉(zhuǎn)換誤差、分辨率、轉(zhuǎn)換速度。ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)

40、換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時鐘輸入信號線。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。ADC0809通道選擇表如表3-2所示。8位A/D轉(zhuǎn)換器IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78路A/D轉(zhuǎn)換器ABCALE地址鎖存與譯碼D0D1D2D3D4D5D6D7VCCGND三態(tài)輸出鎖存器EOCOE VREF(+) VREF(-)圖3-11 ADC0809芯片的內(nèi)部邏

41、輯結(jié)構(gòu)3.2.4 74LS245介紹圖3-12 74LS245引腳圖74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動led或者其他的設(shè)備,用法很簡單如上圖,這里簡單的給出一些資料，他是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)片選端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸；DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸；當(dāng)/CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。3.2.5 單片機(jī)AT89C51AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes的可反復(fù)察寫的只讀程序存儲器和128by

42、tes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)，兼容MCS-51的指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大。AT89C51引腳圖如圖3-13所示：圖3-13 單片機(jī)引腳圖主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容、4K字節(jié)可重察寫Flash閃速存儲器、全靜態(tài)操作0HZ24MHZ、32個可編程I/O口線、2個16位定時/計(jì)數(shù)器、6個中斷源、低功耗空閑和掉電模式。引腳功能：Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時，每位能吸收8個TTL邏輯門電

43、路，對端口寫1可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程是P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。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。作輸入口使用時，因?yàn)閮?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。Flsah編程和程序校驗(yàn)期間，P1就收低8位地址。P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TT

44、L邏輯門電路。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?yàn)閮?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。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)。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。Flash編程或校驗(yàn)時，P2亦就收高位地址和其它控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入1是，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并作為輸入口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。表3-3 P3口第二功能端口引腳

45、第二功能P3.0串行輸入口P3.1串行輸出口P3.2外中斷0P3.3外中斷1P3.4定時/計(jì)數(shù)器0P3.5定時/計(jì)數(shù)器1P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：P3口還接受一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器，EA端必須保持低電平。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令

46、。Flash存儲器編程是，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端.3.3 各單元模塊的聯(lián)接完成各模塊的設(shè)計(jì)后，模塊按照功能的不同連接成整體的電路圖。各模塊的具體聯(lián)接圖見附錄一。4 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具軟件的主要功能是根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，框圖，先制定各部分程序的流程圖，然后再根據(jù)流程圖編寫各部分程序，通過調(diào)試各部分程序運(yùn)行正確無誤后，再進(jìn)行主程序的調(diào)試，看是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。系統(tǒng)能否完全正常工作，最主要的也是最關(guān)鍵的是看軟件程序是否正

47、確，它關(guān)系到系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，可以說，軟件是一個系統(tǒng)的靈魂。本設(shè)計(jì)所使用的軟件工具如下：1.開發(fā)平臺：KeilC51；2.編寫語言：C/C+;Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，是目前最流行開發(fā)80C51系列單片機(jī)的軟件，提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（micro;Vision）將這些部份組合在一起。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函

48、數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。Keil C51語言編譯工具都是以ANSL-C作為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)的，因此，一種C語言環(huán)境下所編寫的 C語言程序，只需將部分與硬件相關(guān)的地方和編譯連接的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修改,就可方便移植到另外一種系列上。也就是說，基于 C語言環(huán)境下的嵌入式系統(tǒng)能基本達(dá)到平臺的無關(guān)性。用C語言開發(fā)的代碼便于開發(fā)小組計(jì)劃項(xiàng)目,靈活管理,分工合作以及后期維護(hù)，基本上可以杜絕因開發(fā)人員變化而給

49、項(xiàng)目進(jìn)度,后期維護(hù)或升級所帶來的影響。從而保證整個系統(tǒng)的品質(zhì)，可靠性以及可升級性。4.2 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(jì)，分為若干功能部分，采用C語言編寫。本設(shè)計(jì)的軟件主程序用來動態(tài)顯示系統(tǒng)的壓力，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4-1：主程序初始化,開T0中斷,設(shè)置T0為10ms的中斷壓力的動態(tài)顯示按鍵處理子程序YN是否鍵按下開始圖4-1 主程序流程圖4.2.1 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。程序

50、流程圖如下：如圖4-2示，變頻器控制M1電機(jī)，M2電動機(jī)由單片機(jī)控制，其標(biāo)志位為M2。1A/D轉(zhuǎn)換子程序其主要任務(wù)是把壓力傳感器檢測的壓力轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并送入單片機(jī)處理，程序見附錄。2D/A轉(zhuǎn)換子程序其主要任務(wù)是把經(jīng)PID處理過的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬量，來控制變頻器輸出電壓的頻率，來控制水泵的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到控制供水壓力的目的。讀A/D轉(zhuǎn)換器返回Y進(jìn)入T0中斷PID調(diào)節(jié)是否為最大值標(biāo)志位M2是否為1是否為最小值標(biāo)志位M2是否為1NYY置標(biāo)志位M2為1，(開M2電機(jī))。PID調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)送D/A轉(zhuǎn)換器清標(biāo)志位M2為0,(關(guān)M2電機(jī))NNNNY圖4-2 T0中斷服務(wù)程序流程圖3PID調(diào)節(jié)程序本設(shè)計(jì)就是通過單片機(jī)

51、實(shí)現(xiàn)的PID調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)水壓的恒定，并自動調(diào)節(jié)水泵的數(shù)量。在工業(yè)控制過程中，目前采用最多的控制方式仍然是PID方式。PID有幾個重要的功能：提供反饋控制；通過積分作用可以消除穩(wěn)態(tài)誤差：通過微分作用預(yù)測將來。由于PID控制器具有簡單而固定的形式，在很寬的操作條件范圍內(nèi)，另一方面是因?yàn)镻ID控制器允許工程技術(shù)人員以一種簡單而直接的方式來調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能，其程序見附錄。數(shù)字PID控制算法通常分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在控制工程中，用計(jì)算機(jī)PID控制算法來實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID控制器，組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。可以靈活的改變PID參數(shù)，同時可以改變控制策略來達(dá)到控制目的。這是

52、模擬PID控制器中所無法實(shí)現(xiàn)的。這里所說的控制策略是數(shù)字PID的改進(jìn)算法，如積分分離PID控制算法、不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法和帶死區(qū)的PID控制算法等。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)。本設(shè)計(jì)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u(k)。離散的PID表達(dá)式為： （4-1）當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量(如驅(qū)動步進(jìn)電機(jī))時，可由式(4-1)導(dǎo)出提供增量的PID控制算法。根據(jù)遞推原理可得 （4-2）用式(4-1 )減去(4-2 )，可得 （4-3）其中： 式(

53、4-3)稱為增量式PID控制算法。可以看出，由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定了KP，KI，KD，只要使用前后三次測量值的偏差，即可有(4-3)求出控制增量。采用增量式算法時，計(jì)算機(jī)輸出的控制增量u(k)對應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的增量。對應(yīng)閥門實(shí)際位置的控制量，目前采用較多的是利用如上算式并通過執(zhí)行軟件來完成。4.2.2 獨(dú)立按鍵程序設(shè)計(jì)1） 程序設(shè)計(jì)思路按鍵接收子程序主要是實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前設(shè)定壓力的調(diào)整。根據(jù)按鍵電路的設(shè)計(jì)可知，當(dāng)【SET】鍵按下時可以產(chǎn)生中斷請求，CPU響應(yīng)中斷請求時，則進(jìn)入該中斷服務(wù)程序。在程序中，將對當(dāng)前設(shè)定的壓力進(jìn)行調(diào)整，利用【SET】、【+1】和【-1】

54、鍵配合使用，每次對【+1】鍵的按下則進(jìn)行累加；同樣對【-1】鍵按下則進(jìn)行減1操作。開 始置無鍵按下（P0口FFH）標(biāo)志進(jìn)入鍵盤處理程是否有鍵按下？（讀P0口值）調(diào)延時子程序是否有鍵按下？（再次讀P0口值）確認(rèn)有鍵按下保存鍵值YYNN圖4-3 鍵盤掃描程序流程圖2） 按鍵去抖動的處理開始為F7H否？為EFH否為FBH否？為DFH否？讀鍵值（P0口）置標(biāo)志位執(zhí)行RUN置標(biāo)志位執(zhí)行SET執(zhí)行+1執(zhí)行1返回YNYYYN· NNN圖4-4 按鍵處理程序流程圖由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為510ms。而按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次，為了確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，按鍵的抖動可以用硬件或者軟件方法來消除。本次設(shè)計(jì)中采用軟件方法來消除按鍵抖動，具體的鍵盤掃描程序框圖如圖4-3所示。而按鍵處理的程序框圖如圖4-4所示。讀取P0口的值于（11000011）二進(jìn)制數(shù)或運(yùn)算再到鍵盤處理程序中處理，以屏蔽高兩位和低兩位對程序的影響。 4.2.3 LED動態(tài)顯示程序模塊的設(shè)計(jì)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。當(dāng)掃