基于單片機(jī)的恒壓水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：結(jié)合礦區(qū)供水的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)的塵頻調(diào)速恒壓自動(dòng)供水系統(tǒng)，系統(tǒng)用1單臺(tái)變頻器變成為2臺(tái)水泵的軟起動(dòng)和調(diào)速，可根據(jù)用戶用水量對(duì)水泵機(jī)組自動(dòng)進(jìn)行切換和調(diào)速，真止實(shí)現(xiàn)“按需供水”，拉制方便靈活，水泵運(yùn)行效率高，節(jié)能效果非常顯著，是礦區(qū)供水系統(tǒng)改造和發(fā)展的方向。介紹了一種新型的變頻恒壓水位控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)供水管網(wǎng)的用水情況調(diào)整水泵投入臺(tái)數(shù)及轉(zhuǎn)速實(shí)行全自動(dòng)恒壓供水，達(dá)到高效節(jié)能的目的，該系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)為核心，通用模塊化的設(shè)計(jì)，可適用各種類型變頻器及泵組的配合。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；變頻調(diào)速；恒壓供水

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，單片機(jī)的應(yīng)用不斷的走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異。目前對(duì)電廠恒壓水位控制的研究及開發(fā)各有所長(zhǎng)。大型水箱是很多公司生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的部件，它的性能和工作質(zhì)量的優(yōu)良不僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過(guò)去，大量的對(duì)水箱操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的，這樣的人工方式帶來(lái)了很大的弊端。

目前恒壓供水方面國(guó)內(nèi)外研究狀況有：自動(dòng)調(diào)頻的雙位控制、恒水位控制、低速運(yùn)行配合提速控制等。針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設(shè)備的不足之處，國(guó)內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來(lái)紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品。這些產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能都集成到變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。而在動(dòng)態(tài)自動(dòng)稱重包裝與管理的問題上，目前還存在不盡如人意的地方。為此，在研制產(chǎn)品過(guò)程中，建立滿足快速性、高精度系統(tǒng)和新的管理模式是很有價(jià)值的，也是迫切需要的，因此設(shè)計(jì)了這種基于單片機(jī)的恒壓水處理系統(tǒng)。

2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)工作原理

如圖1系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)將壓力傳感器送來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，與系統(tǒng)設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較得到偏差信號(hào)，再通過(guò)預(yù)先設(shè)定的控制算法得出最佳控制參數(shù)，然后通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的頻率控制電機(jī)水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速和工頻泵機(jī)組的啟停轉(zhuǎn)換，當(dāng)用戶用水量增大，管壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量增大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，電動(dòng)機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速不再變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定壓力上，反之亦然。使供水系統(tǒng)的供水壓力保持恒定。

另外此系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了一系列的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，當(dāng)水供應(yīng)不足時(shí)通過(guò)單片機(jī)切斷水泵運(yùn)行，系統(tǒng)停止工作。

圖1 系統(tǒng)原理圖

2.2 系統(tǒng)總體流程

如圖2，供水系統(tǒng)共有2臺(tái)水泵，其中水泵1為變頻運(yùn)行，水泵2為工頻運(yùn)行，由接觸器分別啟動(dòng)或停止，單片機(jī)通過(guò)繼電器控制接觸器的工作。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由AT89S51單片機(jī)、D/A、A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809和DAC08

32、放大電路、變頻器、水泵、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，供水系統(tǒng)等組成。

3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)中，時(shí)鐘電路選12MHz晶振以保證系統(tǒng)工作速度，電容選用 30pF。

復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位。復(fù)位電阻R1為1KΩ，R2為200Ω，電容值為10μF，這都是經(jīng)驗(yàn)值。

看門狗電路采用美國(guó)xicro 公司生產(chǎn)的x25054芯片集電數(shù)據(jù)保存功能、看門狗功能、上電掉電復(fù)位功能、電源電壓監(jiān)控于一體，所以這次復(fù)位電路的設(shè)計(jì)我們嘗試用x25054來(lái)完成。

3.2 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

本設(shè)計(jì)所用A/D電路采用ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，并用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(shí)，才可從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。D/A電路采用DAC0832模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與微處理器完全兼容。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。

3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)接觸器線圈驅(qū)動(dòng)電路采用光電耦合器，因單片機(jī)輸出電壓較小，一般5-12v左右，而交流接觸器線圈驅(qū)動(dòng)電壓一般220v左右，不能直接用單片機(jī)輸出口驅(qū)動(dòng)線圈。而采用光電耦合器，起到強(qiáng)弱電隔離的作用。本設(shè)計(jì)采用兩級(jí)線圈驅(qū)動(dòng)交流接觸器，先用單片機(jī)輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)一個(gè)36v線圈，后用線圈常開觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)交流接觸器，起到驅(qū)動(dòng)水泵電機(jī)的運(yùn)行。[5]

3.4 電機(jī)線圈主電路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電機(jī)水泵的啟動(dòng)電路用變頻器來(lái)控制水泵的轉(zhuǎn)速，已達(dá)到水位的恒壓供水。水泵開關(guān)通過(guò)接觸器的常開觸點(diǎn)來(lái)進(jìn)行控制，當(dāng)線圈通電時(shí)，在變頻器和水泵間接一個(gè)接觸器常開觸點(diǎn)進(jìn)行控制。線圈通電后，常開觸點(diǎn)接通，變頻器就可直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)交流接觸器線圈斷電時(shí)，常開觸點(diǎn)斷開，水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。線圈控制電路通過(guò)單片機(jī)控制。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 主控制流程圖設(shè)計(jì)（圖3）

4.2 PID調(diào)節(jié)子程序流程圖設(shè)計(jì)

對(duì)變頻器的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)方法，他的基本算法有位置型和增量型。PID基本控制器基本原理圖4所示：

圖4 PID調(diào)節(jié)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了單片機(jī)恒壓水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的硬件構(gòu)成，軟件設(shè)計(jì)。通過(guò)電導(dǎo)率傳感器和壓力傳感器檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸給單片機(jī)，與給定壓力比較，按PID控制算法對(duì)差值進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果給變頻器，由變頻器改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的。在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中取得了良好效果。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：姜偉（1983-），男，河南鄭州人，鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院研究生，鄭州經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系，450000，助教，研究方向：電子通信，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，電子類專業(yè)課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。