基于單片機的恒壓供水系統(tǒng)

1、目錄摘要21緒論21.1選題背景21.2本文的主要工作32設(shè)備介紹42.1單片機42.2其他設(shè)備介紹53整體設(shè)計方案64 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計94.1時鐘電路94.2復(fù)位電路104.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路114.4壓力傳感器與ADC之間運算放大電路134.5 D/A輸出電路144.6變頻器的應(yīng)用144.7 抗干擾措施174.8 顯示電路194.9 系統(tǒng)供電電路194.10 繼電器控制電路195系統(tǒng)程序設(shè)計205.1主程序流程圖205.2PID調(diào)節(jié)子程序流程圖215.3控制子程序流程圖245.4顯示子程序設(shè)計266系統(tǒng)調(diào)試27結(jié)論28致謝28摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時

2、帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。目前對高樓供水恒壓控制的研究以及已開發(fā)的系統(tǒng)各有所長。隨著微機技術(shù)及變頻技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備簡單、投資少、可靠性高、抗干擾能力強、節(jié)能高效的控制系統(tǒng)將是高樓恒壓供水系統(tǒng)研究的方向。本文根據(jù)目前單片機控制的恒壓控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，充分利用現(xiàn)代化新型、先進的元器件和最新的智能控制理論與算法，將變頻調(diào)速技術(shù)和單片機技術(shù)融合到一起，設(shè)計高樓恒壓供水智能控制系統(tǒng)。設(shè)計的高樓恒壓供水智能控制系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強、節(jié)能效率高等特點。關(guān)鍵詞:單片機;變頻器:壓力傳感器;恒壓供水系統(tǒng);Abstract: A new kind of frequenay-varying pres

3、sure-constant water supply system is introduced. The system can regulate the water pump numbers and their rotational speed basing on the condition of the water pipe net, thereby automatic pressure-constant water supply is practised in efficient and energy saving way. The water pump is started softly

4、 by transducer, which has no concussion to electricity net. Thus, the life of water pump is longer.Key words: single chip computer; frequency-varying; pressure-constant water supply; energy saving1緒論1.1選題背景 隨著中國經(jīng)濟發(fā)展的大背景，城市化的近程越來越快。近些年房地產(chǎn)事業(yè)的蒸蒸日上，樓房越建越多，問題也就隨之而來。高樓層住戶用水往往因水壓不夠?qū)е律畈槐恪３Ｓ玫母邔庸┧到y(tǒng)是水塔式1。水塔，

5、一般居民區(qū)里蓄水作用，有些還是水廠生產(chǎn)工藝的一個重要組成部分。用于儲水和配水的高聳結(jié)構(gòu)，用來保持和調(diào)節(jié)給水管網(wǎng)中的水量和水壓。主要由水柜、基礎(chǔ)和連接兩者的支筒或支架組成。在工業(yè)與民用建筑中，水塔是一種比較常見而又特殊的建筑物。它的施工需要特別精心和講究技藝，如果施工質(zhì)量不好，輕則造成永久性滲漏水，重則報廢不能使用。但是常用的水塔式供水系統(tǒng)因設(shè)備（尤其是電機）容易損壞而大大增加維護費用，且使用不方便。為此，需要設(shè)計一套利用現(xiàn)代電子技術(shù)，設(shè)計出一種智能變頻供水系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的進步以及大規(guī)模集成電路和微機技術(shù)的迅速發(fā)展,交流電機變頻調(diào)速技術(shù)己日趨完善,變頻調(diào)速器用于交流異步電動機調(diào)速,其性能超過

6、以往任何一種交流調(diào)速方式。單片機變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng),就是微機技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)最典型的應(yīng)用,近幾年在我國逐漸盛行起來,它具有節(jié)能、安全、保護設(shè)備、自動化程度高、造價低、供水壓力穩(wěn)定等優(yōu)點,且非常適用于高層建筑、住宅小區(qū)鍋爐的自動供水需要,同時安裝調(diào)試方便,功能全面,可靠性高,抗干擾能力強,系統(tǒng)性能完全滿足設(shè)計要求。本控制系統(tǒng)智能化程度較高，不需要水塔，操作比較方便，供水也比較穩(wěn)定，而且該系統(tǒng)使得供水系統(tǒng)壽命大大延長，本系統(tǒng)經(jīng)過工程技術(shù)人員改進后肯定會成為頗值得推廣的城市高樓層供水系統(tǒng)2。本設(shè)計為一套變頻恒壓供水系統(tǒng)，通過壓力傳感器、供水控制器、變頻調(diào)速器組成閉環(huán)回路自動調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)

7、節(jié)水泵的供水量，使供水量可根據(jù)用水量的大小變化而變化，確保供水壓力能夠保持在正常范圍。如果能共采用取水直供方式，不僅可節(jié)約大量的能源，延長設(shè)備使用壽命，又能避免水源的二次污染問題。31.2本文的主要工作首先在緒論中介紹了此系統(tǒng)的課題背景以及控制系統(tǒng)中各種關(guān)鍵元器件的發(fā)展、性能等。在第二章介紹了單片機以及其他設(shè)備。在第三章中研究了單片機恒壓供水系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理。在系統(tǒng)構(gòu)成部分，給出了系統(tǒng)框圖、控制原理圖，并對此系統(tǒng)中的硬件和軟件的主要功能做了簡要的介紹。在第四章論述了系統(tǒng)硬件設(shè)計過程，研究了控制系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)，并確立了各部分硬件模塊的功能，給出了一些典型電路;研究了機型及器件的選擇，

8、對所使用各種芯片的功能與特性進行了詳細介紹;研究了系統(tǒng)硬件設(shè)計電路，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖和電動機的控制圖。在第五章中重點剖析了軟件設(shè)計開發(fā)的過程，詳細研究了PDI控制算法以及程序總體設(shè)計思路，確立了模塊化的設(shè)計思路，研究了主程序模塊、Pm模塊、報警檢測模塊、水泵控制等模塊的功能，開發(fā)出了主程序、PD控制子程序等的工作流程。最后在第六章中具體論述了系統(tǒng)的軟、硬件調(diào)試，介紹了系統(tǒng)調(diào)試所使用的工具及調(diào)試方法。2設(shè)備介紹2.1單片機單片機4誕生于20世紀(jì)70年代，所謂單片機是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元(CPU)和數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、程序存儲器（ROM）及其他I/O通信口集成在一塊芯片上

9、，構(gòu)成一個最小的計算機系統(tǒng)，而現(xiàn)代的單片機則加上了中斷單元，定時單元及A/D轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機的功能越來越強大，應(yīng)用更廣泛。20世紀(jì)70年代，微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段，集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機仍處在初級的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡單，一般均把CPU、RAM還包括了一些簡單的I/O口集成到芯片上，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計算機系統(tǒng)。1982年以后，16位單片機問世，代表產(chǎn)品是Intel公司的MCS-96系列，16位單片機比起8位機，數(shù)據(jù)寬度增加了一倍，實時處理能力更強，主頻更高，集成度達到了12萬只晶體管，

10、RAM增加到了232字節(jié)，ROM則達到了8kB，并且有8個中斷源，同時配置了多路的A/D轉(zhuǎn)換通道，高速的I/O處理單元，適用于更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。九十年代以后，單片機獲得了飛速的發(fā)展，世界各大半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)了功能更為強大的單片機。美國Microchip公司發(fā)布了一種完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列單片機，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，特別的是它的產(chǎn)品只有33條精簡指令集吸引了不少用戶，使人們從Intel的111條復(fù)雜指令集中走出來。PIC單片機獲得了快速的發(fā)展，在業(yè)界中占有一席之地。單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。由于

11、單片機具有價格低廉、功能靈活，近年來單片機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。單片機廣泛應(yīng)用于通信產(chǎn)品、儀器儀表、家用電器、智能儀器儀表、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。AT89C515是一種帶4K字節(jié)存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機67。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容

12、。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。2.2其他設(shè)備介紹2.21 ADC0809模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片 2.22 CYG115型高壓傳感器該系列產(chǎn)品均為擴散硅壓阻式壓力傳感器。是各方面均已非常成熟

13、的傳感器產(chǎn)品。它是利用壓阻效應(yīng)原理，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和高可靠性。 2.23 TD2100專用恒壓供水變壓器TD2100供水專用變頻器不同于一般的供水控制器和PLC變頻器，一般的供水控制器和PLC供水程序都是一些小公司開發(fā)出的產(chǎn)品，控制程序局限性很大，缺乏嚴(yán)格的測試設(shè)備和手段，系統(tǒng)往往存在不少隱患，功能和可靠性都難以得到保證。而TD2100供水專用變頻器是一個非常成熟的產(chǎn)品，系統(tǒng)簡單可靠，沒有非常復(fù)雜的中間連線，連接線大大減少，所有的供水控制程序和變頻調(diào)速程序全部由高速DSP完成，變頻器的調(diào)速過程完全是按照供水的壓力反饋自動完成的，

14、達到了空前的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，穩(wěn)定性可靠性經(jīng)過嚴(yán)格的系統(tǒng)測試并經(jīng)過無數(shù)應(yīng)用的檢驗。本系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速和運行臺數(shù)，使供水管網(wǎng)的壓力保持設(shè)定的壓力和所需流量，從而達到提高供水品質(zhì)和高效節(jié)能的目的。本系統(tǒng)可取代高水位水箱、水塔等設(shè)施及閥門調(diào)節(jié)等措施，提高供水自動化程度及居民飲用水質(zhì)量，防止二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化供水設(shè)備。 2.2 4 LM7805三端穩(wěn)壓器顧名思義，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、輸出端和接地端。它的樣子像普通的三極管，05表示輸出電壓為5V。 2.2 5 7407邏輯門驅(qū)動芯片為單片機應(yīng)用的邏輯門芯片 LED數(shù)碼管等3整體設(shè)計方案恒壓無塔供水系統(tǒng)以AT89C51單片機作為整

15、個系統(tǒng)的控制核心，應(yīng)用其強大的接口功能，構(gòu)成整個恒壓供水控制的硬件系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備同時控制多臺水泵的功能，根據(jù)不同場合、不同需要可以采取多臺水泵8同時運行、定時換泵等多種工作方式。在水泵的出水管道上安裝一個壓力傳感器9，用于檢測管道壓力，并把其壓力信號變成05V的模擬電壓信號，送到單片機系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器輸入端，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變成相應(yīng)的數(shù)字信號，信號進入單片機進行數(shù)據(jù)處理。經(jīng)過單片機本身的運算后的壓力值與設(shè)定的壓力值進行比較，得出偏差值，在經(jīng)過PID調(diào)節(jié)得出控制參數(shù)，然后再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后變成010V的模擬信號，送入變頻器控制其輸出頻率的大小，以此改變水泵的電機轉(zhuǎn)速，從而達到控制管道壓力的目的

16、。當(dāng)實際管道壓力小于給定壓力時，變頻器輸出頻率升高，電機轉(zhuǎn)速加快，管道壓力身高；反之，變頻器頻率降低，電機轉(zhuǎn)速減小，管道壓力降低。如此上下調(diào)整多次，直到偏差值為零的時候為止10。這樣，實際的壓力值圍繞設(shè)定壓力值上下波動，從而保持供水壓力恒定。壓力值通過遠傳壓力表檢測，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，變成8位二進制數(shù)字，送入單片機進行PID運算，其結(jié)果以PWM方式轉(zhuǎn)換成模擬電壓，控制變頻器的頻率。單片機的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)11的原理圖如下圖電機水泵機組變頻器D/A單片機控制系統(tǒng) Uu 出水量 + Uf - -壓力傳感器A/D本系統(tǒng)具有變頻器頻率顯示和實時壓力值顯示。供水系統(tǒng)一般有多臺水泵，各泵的投入的切換即

17、可自動控制，也可手動控制。為延長水泵的使用壽命，水泵電機全部實行軟啟動且遵循“先進先出”原則12，也就是先啟動者先停的原則。該系統(tǒng)以1臺變頻器控制3臺水泵，其工作過程為：設(shè)3臺泵分別為1號泵、2號泵、3號泵，系統(tǒng)開始工作時，先由變頻器啟動1號泵運行，當(dāng)工作頻率達到50HZ，而壓力仍達不到要求時，則將1號泵切換成工作頻率運行，接著變頻器啟動2號泵，供水系統(tǒng)處于“1工1變”的運行狀態(tài)；當(dāng)變頻器工作頻率又達到50HZ上限頻率而壓力仍不足時，將2號泵也切換成工作頻率運行，再由變頻器啟動3號泵，使供水系統(tǒng)處于“2工1變”的運行狀態(tài)。如變頻器的工作頻率已經(jīng)降到下限頻率（下限頻率一般預(yù)置為35HZ左右），而

18、壓力仍偏高時，則切除1號泵；如變頻器的工作頻率又降到下限頻率，而壓力還是偏高時，則令2號泵也停機，此時只有變頻器直接帶動3號泵變頻工作，使供水管網(wǎng)的壓力保持恒定13。 本系統(tǒng)硬件主要由A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、顯示系統(tǒng)、電源、復(fù)位電路、看門狗電路、運算放大電路以及時鐘系統(tǒng)幾部分組成。各模塊主要功能如下：（1） A/D轉(zhuǎn)換器的功能是把水管的壓力信號經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成05V的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機。（2） D/A轉(zhuǎn)換器的功能是把實際水壓與設(shè)定壓力之差經(jīng)過單片機處理后輸出的數(shù)據(jù)（8位立即數(shù)）轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，用以控制變頻器的輸出功率，從而控制電機的轉(zhuǎn)速，最終達到控制水壓的目的。（

19、3） 顯示系統(tǒng)用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。如設(shè)定的水壓值、實際水壓值、缺水和漏水警報等。（4） 供電電路就是為了控制系統(tǒng)的正常工作提供電能。（5） 看門狗電路用于提高系統(tǒng)的抗干擾能力，并對系統(tǒng)進行實時監(jiān)測。（6） 運算放大電路將壓力傳感器輸出的電流信號進行放大，提高其線性度。系統(tǒng)的整體方案設(shè)計如圖：AT89C51380V交流電顯示電路電源時鐘電路電機水泵變頻器D/A轉(zhuǎn)換復(fù)位電路水管壓力傳感器看門狗電路運算放大電路A/D轉(zhuǎn)換電路4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1時鐘電路 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能進行工作14。51單片機內(nèi)部具有一個時鐘振蕩電路，只需要外界振蕩器，即可為各部分提供時鐘信號。微型計算機的CP

20、U實質(zhì)上就是一個復(fù)雜的同步時序電路，所有的工作都是在時鐘信號控制下進行的。每執(zhí)行一條指令，CPU的控制器都要發(fā)出一系列特定的控制信號。51單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部震蕩方式和外部震蕩方式。4.11內(nèi)部震蕩方式使用內(nèi)部時鐘電路時，只要在引腳XTAL1和XTAL2上外借定時反饋電路，振蕩器OSC就能自己振蕩，產(chǎn)生矩形時鐘脈沖序列。定時反饋回路常由石英晶振和微調(diào)電容組成，其中石英晶振的頻率是單片機的重要性能指標(biāo)之一，時鐘頻率越高，單片機控制器的控制節(jié)拍就越快，運算速度也就越快。一般情況下，石英晶振的頻率選為典型值12MHz，這樣有利于得到?jīng)]有誤差的波特率。電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩

21、頻率、快速其振的作用。內(nèi)部時鐘電路雖然對外接電容的值沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。電容C1和C2的典型值在20100pF之間選擇，但在6070pF是振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。典型值通常選擇為30pF左右（這時對應(yīng)的時鐘頻率為12MHz）。外接陶瓷振蕩器時，C1和C2的典型值通常選擇為47pF。在設(shè)計電路板時，晶體或陶瓷振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝的與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠的工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能較好的NPO高頻電容。4.12外部震蕩方式 外部時鐘電路是利用外部振蕩器信號源（時

22、鐘源）直接接入XTAL1和XTAL2。通常XTAL1接地，XTAL2接外部時鐘，由于XTAL2的邏輯電平不是TTL的，所以建議接一個4.710K的上拉電阻。4.2復(fù)位電路 為確?？刂葡到y(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的工作，復(fù)位電路15是必不可少的一部分。它可以保證程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器的0000H地質(zhì)單元開始執(zhí)行程序。另外，當(dāng)程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于“死機”狀態(tài)時，需要復(fù)位以重新啟動。單片機的復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的，無論是HMOS型還是CHMOS型，在震蕩器運行的情況下，RST引腳保持兩個機器周期以上時間的高電平即可實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。在RST端出現(xiàn)高電平的第二個周期，執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位，以后每個周

23、期復(fù)位一次，直至RST端遍變低。復(fù)位信號的產(chǎn)生有上電自動復(fù)位和按鈕手動復(fù)位兩種方式。 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電實現(xiàn)的。通電時，電容兩端相當(dāng)于短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容進行充電，RST端電壓慢慢降下來，降到一定程度時變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C開始正常工作。按鍵手動復(fù)位電路是通過電阻接高電平實現(xiàn)的。 在現(xiàn)代工業(yè)控制中，根據(jù)實際需求，一般采用兼有上電外部復(fù)位與按鈕復(fù)位的電路，這樣復(fù)位電路能輸出兩種電平的復(fù)位控制信號，以適應(yīng)外圍I/O接口芯片所需要的不同復(fù)位電平信號。 在實際的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中，若有外部擴展的I/O接口電路也需要初始復(fù)位，如果他們的復(fù)位端和單片機的復(fù)位

24、端相連，復(fù)位電路中的R、C參數(shù)要受到影響，這時復(fù)位電路中的R、C參數(shù)要統(tǒng)一的考慮以保證可靠的復(fù)位。如果單片機與外圍I/O接口電路的復(fù)位電路和復(fù)位時間不一致，是單片機的初始化程序不能正常運行，外圍I/O接口電路的復(fù)位也可以和單片機的復(fù)位端相連，僅采用獨立的上電復(fù)位電路。如RC上電復(fù)位電路接斯密特電路輸入端，斯密特電路輸出端接單片機和外圍電路的復(fù)位端，則能使系統(tǒng)可靠的外部復(fù)位。一般來說，單片機的復(fù)位速度比外圍I/O快些。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在初始化中應(yīng)安排一定的延遲時間。 單片機復(fù)位器件不產(chǎn)生ALE和PSEN信號，即ALE=1和PSEN=0.這表明單片機復(fù)位期間不會有任何取值操作。4.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電

25、路 本設(shè)計所用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換16電路采用通用的ADC080917模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，它是一種8位數(shù)字輸出的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換期間，轉(zhuǎn)換時間約為100s。ADC0809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)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存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)。它的主要性能有：（1）8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容。（2）帶鎖存功能的8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對8路05V模擬量進行分時轉(zhuǎn)換。（3）輸出具

26、有三態(tài)鎖存/緩沖功能。（4）分辨率：8位。（5）轉(zhuǎn)換時間：100s。（6）不可調(diào)誤差：±1LSB。（7）功耗：15mW。（8）工作電壓：+5V，參考電壓標(biāo)準(zhǔn)值+5V。（9）片內(nèi)無時鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100kHz的時鐘信號。4.31 ADC0809應(yīng)用說明（1）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89C51單片機直接相連。（2）初始化時，使ST和OE信號全為低電平。（3）將要轉(zhuǎn)換通道的地址送到A、B、C端口上。（4）在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。（5）根據(jù)EOC信號來判斷轉(zhuǎn)換是否完畢。（6）當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，令OE為高電平，這樣轉(zhuǎn)換的數(shù)

27、據(jù)就輸出給單片機了。4.32 ADC0809各引腳功能（1）IN0IN7：8路模擬量輸入端。（2）2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。（3）ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。（4）ALE：地址鎖存允許信號，輸入、高電平有效。（5）START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入高電平有效。（6）EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)A/D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）。（7）OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入高電平有效。當(dāng)A/D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。（8）CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640kHz。（9）

28、REF(+)、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 (10)VCC：+5V電源。（11）GND：地。4.33ADC0809的工作原理 P1.4與寫信號WR相或非，構(gòu)成ADC0809的啟動轉(zhuǎn)換新號（START）和鎖存信號（ALE），鎖存信號首先首先將地址ADD-A,ADD-B,ADD-C鎖存，選中8路模擬信號輸入通道中的某一路，然后啟動信號將A/D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ADC0809的EOC（轉(zhuǎn)換結(jié)束信號）腳為低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC信號為高電平，EOC的引腳與單片機的P1.6相連，當(dāng)檢測到P1.6腳高電平后，單片機發(fā)出讀信號RD，與譯碼器輸出信號相或非，使ADC0809的OE（輸出

29、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)，ADC0809的時鐘CLK由單片機的ALE（地址鎖存允許）用74LS74（D觸發(fā)器）而分頻后取得。 ADC0809的數(shù)據(jù)線D0D7直接與單片機總線相連，模擬信號通道地址A、B、C由74LS373（三態(tài)輸出鎖存器）的Q0、Q1、Q2提供，時鐘CLK由單片機的ALE二分頻后取得，用74LS74（D觸發(fā)器）把時鐘二分頻，START和ALE，OE分別與單片機的WR、RD相連，這種安排主要是為了滿足ADC0809的信號電平與時序的要求。4.34使用A/D轉(zhuǎn)換器注意的問題首先，當(dāng)模入通道不全部使用時，應(yīng)將不適用的通道就近對地短接，不要使其懸空，以避免造

30、成通道間串?dāng)_和損壞通道。 其次，為保證安全及采集精度，應(yīng)確保系統(tǒng)地線（計算機及外接儀器機殼）接地良好。特別是使用雙端輸入方式時，為防止外接較大的共模干擾，應(yīng)注意對信號線進行屏蔽處理。 最后，為了提高抗干擾能力，盡可能選擇單端輸入方式。單端輸入方式各路輸入信號共用一個參考電位，即各路輸入信號共地，這是最常用的接線方式。使用單端輸入方式時，地線比較穩(wěn)定，抗干擾能力較強。而雙端輸入方式的各路輸入信號各自使用自己的參考電位，即各路輸入信號不共地。如果輸入信號來自不同的信號源，而這些信號源的參考電位（地線）略有差異，可考慮使用這種接線方式。使用雙端輸入方式時，輸入信號易受干擾。 測量電路輸出的模擬信號經(jīng)

31、過A/D轉(zhuǎn)換后，變成數(shù)字量，然后輸入到單片機內(nèi)，這樣安排是因為單片機只能識別數(shù)字量，只有轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后單片機才能按照事先編寫的程序?qū)y得的值進行分析和處理。4.4壓力傳感器與ADC之間運算放大電路4.41 壓力傳感器的選定該控制系統(tǒng)選用CYG115型高壓力傳感器18來采集水管內(nèi)水的壓力值，CYG115型高壓力傳感器的技術(shù)指標(biāo)為：（1） 壓力范圍：-100kPa100MPa。（2） 工作溫度：（傳感器）-40+120，（變送器）-25+85（3） 過載能力：200%FS或最大120MPa。（4） 用途：適用于強堿性之外的所有介質(zhì)的壓力測量。（5） 特點：動靜態(tài)壓力均可測量，有較優(yōu)良的動態(tài)特性。4

32、.42運算放大電路 當(dāng)采集模擬量時，一般的過程是：傳感器信號調(diào)理ADCMCU。信號調(diào)理部分在這一環(huán)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用，他必須承擔(dān)電流、電壓轉(zhuǎn)換，信號濾波和抑制噪聲信號以利于后續(xù)控制器進行A/D轉(zhuǎn)換和控制，同時必須具有低溫漂和低電壓偏移。 由于CYG115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來對其輸出的電流進行放大，對于精密運算放大器本系統(tǒng)擬選用OP07，OP07的技術(shù)特點為：（1） 低的輸入噪聲電壓幅度：0.35VP（0.110Hz）。（2） 基地的輸入失調(diào)電壓：10V。（3） 極低的輸入失調(diào)電壓溫漂：0.2V（4） 低的輸入偏置電流：±1nA。（5） 高的共

33、模抑制比：126dB。（6） 寬的共模輸入電壓范圍：±14V。（7） 寬的電源電壓范圍：±3±22V。4.5 D/A輸出電路為了防止外界的干擾，D/A輸出采用光耦隔離式，并采用LM35819雙運放組成D/A輸出及驅(qū)動電路。 P2.7定時輸出占空比與頻率相對應(yīng)的PWM調(diào)制信號，通過二級運算放大器后，在LM358的第一引腳輸出與頻率相對應(yīng)的電壓信號。在輸出端調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)整輸出電壓的大小，兩放大器之間的RC電路起到濾波的作用。4.6變頻器的應(yīng)用 隨著科學(xué)技術(shù)的進步以及大規(guī)模集成電路和微機技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電機變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)日趨完善，變頻調(diào)速器用于交流異步電動機調(diào)

34、速，其性能超過以往任何一種交流調(diào)速方式20。單片機變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，就是微機技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)最典型的應(yīng)用，近幾年在我國逐漸盛行起來，它具有節(jié)能、安全、保護設(shè)備、自動化程度高、供水壓力穩(wěn)定、造價低等優(yōu)點，且非常適用于高層建筑、住宅小區(qū)鍋爐的自動供水需要，同時安裝調(diào)試方便，功能全面，可靠性高，抗干擾能力強。21 通過耗電比較，發(fā)現(xiàn)采用變頻器的恒壓控制系統(tǒng)比采用回流的恒壓控制系統(tǒng)節(jié)能53%左右，電源頻率下降40%，水泵出口壓力降低57%。由于電機轉(zhuǎn)速的普遍下降，電機和水泵的運行狀況明顯改善，延長了使用壽命，降低了設(shè)備的維修費用。同時，由于變頻器啟動和調(diào)速平穩(wěn)，減少了對電網(wǎng)的沖擊。 該控制系統(tǒng)的

35、水泵電機全部實行軟啟動，以先啟先停為原則。啟動方式：為避免啟動時的沖擊電流，電機采用變頻啟動方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。4.61 變頻調(diào)速原理交流異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式為： N=60f（1-s）/P （1）式中 N異步電動機轉(zhuǎn)速； F電源頻率； S為電動機轉(zhuǎn)差率； P電動機定子繞阻極對數(shù)。 水泵生產(chǎn)時，P、S已經(jīng)確定，異步電動機的轉(zhuǎn)速隨著頻率增大而增加，隨電源頻率的減小而降低。交流變頻器正式通過均勻地改變輸入異步電動機定子的供電頻率，來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速的。又根據(jù)水泵的比例定律，設(shè)水泵的流量為Q，揚程為H，功率為P，有以下關(guān)系式：Q/Q1=N/N1，H/H1=( N/N1)&

36、#178;，P/P1=(N/N1)³ （2）式中 ：N1改變后的水泵轉(zhuǎn)速；Q1改變后的水泵流量；H1改變后的水泵揚程；P1改變后的水泵功率； 由式（2）可以看出，改變水泵的轉(zhuǎn)速，可以改變揚程和流量等，從而滿足供水要求。隨著轉(zhuǎn)速的降低，水泵消耗的功率與轉(zhuǎn)速相比，是以立方根的方式下降的。 由式（1）可知，均勻地改變電動機定子繞組的電源頻率f就可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速。由式（2）可知，電動機轉(zhuǎn)速變慢，軸功率相應(yīng)減少，電動機輸入功率也隨之減少。可見，水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用是顯著的。4.62 采用變頻調(diào)速控制的優(yōu)點22（1）壓力、流量、水位等容易控制。（2）由閥門關(guān)小引起的管阻損失可節(jié)約。（

37、3）便于和上位微機連接。（4）容易實現(xiàn)反復(fù)多次的啟動和停止。（5）啟動平穩(wěn)，簡化了啟動設(shè)備，控制方便，系統(tǒng)組成簡單，操作方便。（6）系統(tǒng)運行成本低。（7）安全可靠性高。（8）具有特殊的“休眠”功能，節(jié)約用水用電。4.63 變頻器的選擇 該控制系統(tǒng)選用艾默生推出的專用恒壓供水變壓器TD2100，TD2100變頻器是供水專用變頻器，其功率范圍廣，功能豐富。專用于城鄉(xiāng)住宅小區(qū)供水、城市集中供熱供水、無塔供水裝置、工業(yè)企業(yè)供油、供水裝置等。其主要特點為：（1） 采用最新的IPM智能功率模塊。（2） 優(yōu)化空間電壓矢量控制技術(shù)。（3） 先進的硬件組合：電機控制專用芯片DSP+CPLD+MCU。（4） 低電

38、感母線技術(shù)，極大提高了模塊的安全性。（5） 瞬間停電再啟動，實施對旋轉(zhuǎn)中電機的平滑無沖擊啟動。（6） 冷卻風(fēng)扇的啟動，受內(nèi)部溫度控制，可以延長風(fēng)扇壽命。（7） 符合國際標(biāo)準(zhǔn)的防護設(shè)計。（8） 自動設(shè)定最多6段壓力運行。（9） 12種運行模式任意選擇。（10） 內(nèi)置PID，自整定PI參數(shù)。（11） 采用標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口，開放的通信協(xié)議。TD2100具有多項供水專用控制功能，使得其應(yīng)用相當(dāng)方便：（1） 閉環(huán)設(shè)定方式。數(shù)字電壓設(shè)定、數(shù)字壓力設(shè)定、模擬電壓設(shè)定、模擬電流設(shè)定和上位機串行通信設(shè)定。（2） 閉環(huán)控制選擇。普通PI控制、UP/DOWN端子閉環(huán)控制、自學(xué)習(xí)PI控制和優(yōu)化模式PI控制。（3）

39、 供水模式選擇。有變頻泵固定/循環(huán)工作方式選擇，可采用先啟先?；蛳葐⒑笸ＤＪ?，共8種供水組合控制模式?？蓪崿F(xiàn)最多4臺變頻循環(huán)泵或7臺變頻固定泵方式控制。（4） 常規(guī)日定時控制。實現(xiàn)每日6個時間段的壓力數(shù)字設(shè)定。（5） 指定日定時控制。可指定周日或選擇年/周循環(huán)方式下的3個指定日期段，并能實現(xiàn)每日6個時間段壓力數(shù)字設(shè)定。（6） 定時輪換控制。09999小時可設(shè)。（7） 消防控制。有4種消防模式可供選擇：恒壓消防、所有泵切換到工頻運行、生活供水照常啟動消防泵、關(guān)閉生活用水啟動消防泵。（8） 排污泵控制?？稍O(shè)定1臺排污泵，能自動檢測污水池液位或根據(jù)液位開關(guān)信號實現(xiàn)自動排污。（9） 夜間休眠泵控制?？?/p>

40、設(shè)定1臺休眠水泵，其中休眠起止時間，休眠壓力及偏差容限可設(shè)。3.64變頻器在使用時的注意事項（1）變頻器應(yīng)裝在干燥且通風(fēng)條件好的場所。（2）電源電壓的不平衡度要小。（3）控制器的電源端采用過壓保護措施，以防雷電破壞控制系統(tǒng)。（4）啟動前變頻器要復(fù)位。4.7 抗干擾措施 因變頻器有較強的電磁波輻射，電源環(huán)境比較惡劣，因此必須采用多種抗干擾措施，使系統(tǒng)可靠運行得到保證。常用的抗干擾措施有：（1） 使用計算機專用電源濾波器和超屏蔽電源變壓器。（2） 輸入輸出均經(jīng)光電隔離，不與CUP共地。（3） 控制信號連接選用屏蔽線，屏蔽層良好接地。傳輸線選用雙絞合線，對線電阻、電磁干擾有較強的抑制效果。（4） 采

41、用數(shù)字濾波軟件技術(shù)。（5） 利用看門狗電路，防止程序跑飛。 工控系統(tǒng)23在運行時，通常都會遇到各種各樣的現(xiàn)場干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能的一個重要指標(biāo)?？撮T狗電路是自行檢測系統(tǒng)運行的重要保證，幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門狗電路。24 看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個定時器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運行不正常，可能導(dǎo)致看門狗系統(tǒng)也癱瘓。硬件看門狗是真正意義上的“程序運行監(jiān)視器”，如計數(shù)型的看門狗電路通常由555多謝振蕩器、計數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運行不夠可靠。 基于以上考慮，

42、本系統(tǒng)采用X25045芯片設(shè)計一種新的看門狗電路，它具有體積小、占用I/O口線少和編程方便等特點，可廣泛應(yīng)用于儀器儀表和各種工控系統(tǒng)中。 X25045是美國Xicor公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將EEPROM、看門狗定時器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)消耗，是一種理想的單片機外圍芯片。 X25045其引腳功能如下：（1） CS：片選。（2） SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出。（3） SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入X25045。（4） SCK：串行時鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，

43、下降沿將數(shù)據(jù)輸出。（5） WP：寫保護輸入。當(dāng)它為高電平時寫操作被禁止。（6） VSS:地。（7） VCC：電源電壓。（8） RESET：復(fù)位輸出。 由X25045組成的看門狗電路如圖。X25045芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。在看門狗定時器預(yù)置的時間內(nèi)若沒有總線活動，則X25045將從RESET輸出一個高電平信號，經(jīng)過微分電路C2、R3輸出一個正脈沖，使CPU復(fù)位。如圖，CPU的復(fù)位信號共有3個：上電復(fù)位（C8、R5）、人工復(fù)位（S、R5、R6）和看門狗復(fù)位（C7、R4），通過或門綜合后加到RESET端。C7、R4的時間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因為這時CP

44、U的振蕩器已經(jīng)在工作。 看門狗定時器的預(yù)置時間是通過X25045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。X24045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WD1、WD0和看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM的工作設(shè)置有關(guān)。WD1=0，WD0=0，預(yù)置時間為1.4s。WD1=0，WD0=1，預(yù)置時間為0.6s。WD1=1，WD0=0，預(yù)置時間為0.2s。WD1=1, WD0=1，禁止看門狗工作?？撮T狗電路的定時時間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時最大循環(huán)周期的時間略長即可。編程時，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時時間永遠達不到預(yù)置時間，系統(tǒng)就不會復(fù)位而正常工作。當(dāng)系統(tǒng)跑飛，

45、用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時，看門狗定時時間很快增長到預(yù)置時間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。 4.8 顯示電路 該控制系統(tǒng)選用4只共陽極的LED數(shù)碼管來組成顯示電路。LED數(shù)碼管可以顯示管內(nèi)水壓、變頻器的輸出頻率、工作水泵的數(shù)量、各水泵的累計工作時間及控制參數(shù)等。顯示電路采用動態(tài)掃描顯示方式，其中AT89C51單片機的P0口用來向數(shù)碼管傳送需要顯示的數(shù)據(jù)；P2.0P2.3四個I/O接口用作數(shù)碼管的片選位來控制數(shù)碼管的公共極，當(dāng)P2.0P2.3的接口為高電平時，對應(yīng)的三極管導(dǎo)通，三極管在電路中起到驅(qū)動的作用，從而增加LED數(shù)碼管的亮度，便于觀察。4.9 系統(tǒng)供電電路 控制系統(tǒng)的工作電壓為5V，因此，必

46、須為系統(tǒng)設(shè)計一個供電電路，將220V的市電轉(zhuǎn)化為5V直流電，從而為系統(tǒng)的正常工作提供源源不斷的電能。首先，通過變壓器T1，將220V交流電降壓為6V交流電；然后通過由四個二極管構(gòu)成的整流橋，將6V的交流電整流成直流電；再通過電阻R1，電容C1、C3進行濾波，消除干擾，電容C2用來防止自激振蕩；在固定式三關(guān)穩(wěn)壓器LM7805的VIN和GND兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓（該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而產(chǎn)生變化）。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)定和電容C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定性好的直流輸出電壓，進而為系統(tǒng)進行供電。在使用LM7805穩(wěn)壓芯片時應(yīng)注意，

47、如果芯片輸出電流的較大時應(yīng)配上散熱板。4.10 繼電器控制電路 在恒壓無塔供水系統(tǒng)中，管內(nèi)水壓的恒定，必須依靠電機水泵的啟停來維持，而電機水泵的啟停又由繼電氣控制。 在繼電氣控制電路中，當(dāng)P1.5輸出低電平時，KM1導(dǎo)通，繼電器吸合；當(dāng)P1.5輸出高電平時，KM1截止，繼電器不吸合。在繼電器吸合到斷開的瞬間，由于線圈中的電流不能突變，將在線圈產(chǎn)生下正上負的感應(yīng)電壓，使晶體管集電極承受很高電壓，有可能損壞驅(qū)動三極管VT1，為此在繼電器線圈兩端并接一個續(xù)流二極管VD1，使線圈兩端的感應(yīng)電壓被嵌位在0.7V左右。正常工作時，線圈上的電壓上正下負，二極管VD1截止，對電路沒有影響。由于繼電器由吸合到斷

48、開的瞬間會產(chǎn)生一定的干擾，當(dāng)吸合電流比較大時，在單片機與繼電器之間需要增加隔離電路，如光耦等，在下圖中，7407是邏輯門驅(qū)動芯片，因為單片機的口線無法直接驅(qū)動光電耦合器，所以7407的作用就是加強驅(qū)動能力；R12是光耦的極限電阻；R10是光耦輸出管集電極限流電阻；R11是驅(qū)動管VT1積極泄放電阻（防止電路過熱造成管誤導(dǎo)通），R11一般取4.710K，R11太大會失去泄放作用，太小會降低繼電器吸合的靈敏度。5系統(tǒng)程序設(shè)計5.1主程序流程圖 對于該系統(tǒng)而言，軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種功能都有相應(yīng)的子程序來完成，可讀性和通用性極強。 單片機上電后首先執(zhí)行的是初始化和自檢，初始化包括標(biāo)志位和變量的初

49、始化、中斷初始化、設(shè)置各接口芯片初始化、各種程序模塊的初始化等；然后，程序進入主循環(huán)；最后進入PID計算及各種控制信號的輸出部分25。 恒壓無塔供水系統(tǒng)的主程序主要是由初始化子程序、模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序、采樣子程序、PID調(diào)節(jié)子程序、控制子程序、定時中斷子程序、顯示子程序等組成。這種設(shè)計方法給程序的調(diào)試帶來了極大的方便。主程序流程圖如圖所示開始系統(tǒng)初始化固定參數(shù)設(shè)置可變參數(shù)設(shè)置A/D壓力數(shù)據(jù)采集 Y有參數(shù)修改嗎顯示采樣值 N控制定時換泵PID計算控制繼電器輸出延時輸出各種控制信號5.2PID調(diào)節(jié)子程序流程圖 對變頻器頻率的調(diào)節(jié)該控制系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)方法，PID控制算法就是對偏差的比例、積分、微分。

50、它是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種算法。特別是在工業(yè)中，由于控制對象的精確數(shù)學(xué)模型難以建立，系統(tǒng)參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化，人們常采用PID控制算法。PID調(diào)節(jié)是比較成熟的傳統(tǒng)控制方法。據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)控制的控制器中PID類控制器占有90%以上。它經(jīng)過多年的應(yīng)用和發(fā)展，從模擬控制器發(fā)展到數(shù)字控制器，性能不斷提高，積累的經(jīng)驗也越來越多。它的基本數(shù)字算法有位置式和增量式兩種，PID基本控制系統(tǒng)原理如圖所示。比例 + 比例積分 R(t) + e(t) + u(t) c(t)微分- + PID控制器是一種線性控制器，他根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差e(t)=r(t)-c(t)將偏差的比

51、例、積分、微分組合構(gòu)成控制器，對被控對象進行控制，控制規(guī)律為為：u(t)=KPet+1T10Tetdi+TDde(t)d(t)式中：u(t)調(diào)節(jié)器的輸出信號； E(t)調(diào)節(jié)器的偏差信號，它等于測量值與給定值之差； KP比例系數(shù)； T1積分時間常數(shù)； TD微分時間常數(shù)；PID的各校正環(huán)節(jié)的作用如下26。(1) 比例環(huán)節(jié)：比例環(huán)節(jié)可以及時成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，當(dāng)偏差值一旦產(chǎn)生，控制器就會立即產(chǎn)生控制作用，用以減少和糾正偏差，具有及時性和快速性。(2) 積分環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié)的主要作用是用來消除控制系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的整體無誤差。積分作用的強弱主要取決于系統(tǒng)積分時間系數(shù)，當(dāng)T1數(shù)

52、值越大，則系統(tǒng)的積分作用就越弱；反之則系統(tǒng)的積分作用越強。(3) 微分環(huán)節(jié)：微分環(huán)節(jié)能夠及時反映系統(tǒng)偏差信號的變化趨勢，并且能夠在偏差信號變的過大之前，在控制系統(tǒng)中引入一個有效的早起修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)過程的時間，因而減少了系統(tǒng)的超調(diào)量，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對上式進行離散化，可得PID控制算式為u(k)=KPek+KIj=0kej+KDek-ek-1式中k采樣時刻序號，k=0,1,2,；u(k)第K次采樣時刻的計算機輸出數(shù)值；e(k)第K次采樣時刻的輸入偏差數(shù)值；e(k-1)第（K-1）次采樣時刻的輸入偏差數(shù)值； K1積分系數(shù)；KD微分系數(shù)；那么第（k-1）次采樣時刻的計算機輸出值為u(k-1)=KPek-1+K1J=0K-1ej+KDek-1-ek-2兩式相減得：u(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2) （3）式中 A=KP1+TT1+TDT B=KP1+2TDT C=KPTDT 可以看出，A、B、C都是與比例系數(shù)KP,采樣周期T，積分時間常數(shù)TD有關(guān)。在整個控制過程中，采樣周期T是恒定的，只要確定比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)，PID中的所有參數(shù)就都是可以算出計算機下次要輸出的控制增量。 式（3）稱為增量式PID控制算法。其中，e(k)=e(k)-e(k-1)。 增量式PID控制算法具有以下的有點：（1） 由于計算機輸出增