单片机控制的恒压无塔供水系统的设计

1、单片机控制的恒压无塔供水系统的设计荣雪琴（苏州工业职业技术学院电子工程系）摘要本文介绍了一种采用单片机技术和变频调速技术控制的智能化供水控制系统，该系统以单片机为核心，结合传感器和变频器实现对供水管内的水压保持恒定的作用。该系统具有工作可靠、结构简单、易于调试和扩展、节能环保等优点。关键词传感器单片机变频技术实时控制在工业生产和城镇居民生活用水的供水系统中，大多要求供水压力能基本保持恒定。但由于用水量是随时变化的并且变化幅度很大，因此采用传统的供水塔、高位水箱、气压罐等供水设备很难满足这一要求。同时，这些供水设备存在着二次水污染、占地面积大、清洁维修困难等不完善之处，给居民用水和房管维修部门带

2、来诸多不便。单片机控制恒压调速供水系统采用单片机测控技术和变频调速技术对供水系统中的泵组进行闭环控制。可根据供水系统中瞬时变化的压力来调节电机泵的转速，供水管网系统中的水压保持恒定的压力，从而达到进一步提高供水品质，实现节能的目的。系统组成与原理压范围是，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保地址输入和控制线：条。为地址锁存允许输入线，高电平有效。当线为高电平时，地址锁存与译码器将、三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入转换器进行转换。、和为地址输入线，用于选通上的一数字量输出及控制线：条。为转换启动信号

3、，当上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行转换；在转换期间，应保持低电平。为转换结束信号，当为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行转换。为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。，输出转换得到的数据；，输出数其余引脚：条。为时钟输入信号线。因的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为。（），（）为参考电压输入。：电源；：地。应用说送要转换的那在端给出一个至少有变为高电平时，令为高电平，这样转换的数据就输出给单片机。（）模数转换电路的原理。与写信号相或非，构成的启动转换信号（）和锁存信号（），锁存信号首先将地址，锁存，选中路模拟信号输入

4、通道中的通道，然后启动信号将转换器的逐次逼近寄存器复位并开始转换，转换时的（转换结束信号）脚为低电平，转换结束后，信号为高电平，的引脚与单片机的相连，当检测到脚为高电平后，单片机发出读信号，与的输出信号相或非，使的（输出允许）信号有效，转换后的数据就通过数据线送入单片机内。控制与显示电路用单片机作为核心控制器件，该单片机与兼容。是一种低功耗、高性能位微控制器，具有在系统可编程存储器，字节，位口线，看门狗定时器，个数据指针，三个位定时器计数器，一个向量级中断结构，全双工串行口。单片机主要控制输出电路和继电器电路的工作，定时输出占空比与频率相对应的调制信号，通过二级运算放大后输出与频率相对应的电压

5、信号，将此信号送给变频器可以控制变频器的工作，从而控制电机的转速。、和分别控制三个继电器的工作，从而控制三台水泵电机的启动与停止。显示电路由四只共阳极的数码管组成，采用动态显示方式，显示水泵电机工作的台数和变频器输出的频率等。系统工作原理系统原理图如图所示，首先通过高压力传感器采集水管内的压力值并转换成电信号，经过运算放大电路放大其电流，然后送给转换电路转换成数字信号从单片机的口输入，单片机内部完成计算、显示和控制等功能，单片机一方面输出信号控制转换电路的工作，另一方面控制继电器电路的工作从而控制电机的启动与停止。单片机将电机的工作台数和变频器的输出频率通过数码管显示出来。（转页）本系统主要由

6、传感器、单片机、运算放大电路、转换电路、转换电路和显示系统等组成，其框图如图所示。图系统框图高压力传感器高压力传感器是利用压阻效应原理，采用半导体集成电路工艺及特殊工艺制成的一种用于力学量检测的传感器，其主要特点是高精度、高灵敏度、高稳定性和高可靠性。本系统采用的是型高压力传感器，用来采集水管内水的压力值，可以将水管内的压力值转换成电信号。型高压力传感器的压力范围为，对于动静态压力均可测量，有较优良的动态特性。信号处理电路信号处理电路由运算放大电路和转换电路两部分组成。由于高压力传感器输出的电流较低，且线性度不好，因此需要选用精密运算放大器对其输出的电流进行放大，经过运算放大电路放大后的输出信

7、号仍然是模拟信号，而单片机只能处理数字信号，因此需要将运算放大电路的输出信号通过转换电路进行信号转换，转换后的信号为对应的数字信号才能送给单片机处理。（）的功能介绍。芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于具有非常低的输入失调电压（对于最大为），所以在很多应用场合不需要额外的调零措施。同时具有输入偏置电流低（为±）和开环增益高（对于为）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。的特点如下所示。超低偏移：最大；低输入偏置电流：；低失调电压漂移：；超稳定时间：；最高电源电压范围：±至±。（）模数

8、转换芯片。内部组成。是带有位转换器、路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的组件。它是逐次逼近式转换器，可以和单片机直接接口。由一个路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通个模拟通道，允许路模拟量分时输入，共用转换器进行转换。三态输出锁存器用于锁存转换完的数字量，当端为高电平时，才可以从三态输：条模拟量输入通道。对输入模拟量要求：信号单极性，电道产生不同频率方波输出。这里使用了两个缓冲器，一个用于存放从卡读到的声音数据，另一两个缓冲区的功能不断交替，形成一个由个缓冲区构成的环形缓冲。播放声波文件由机通过超级终端以命令的方式选择，声音的播放状态也显示在机

9、超级终端上。具体流程如图所示。图音频解码电路（）液晶显示模块。液晶显示模块主要完成数据显示、输出数据与显示数据的同步等功能，并可为使用者提供曲目信息。液晶屏硬件电路如图所示。小结本系统实现了简易的基本原型设计，提出了一种基于的播放器本系统只是实现了的基本功能，的功能图主程序流程图其实很强大，还可以进一步利用系统来完善和丰富该的功能，例如利用来选择歌曲、利用来显示歌曲名、利用来调节音量等。本系统也可以尝试采用更有效的中断方式，在内存中设置一个环形的缓冲区，从卡读取的文件数据存放在其中，当需要数据时其引脚将产生低电平，利用其产生中断。参考文献图显示电路播放器的软件设计（）程序实现思想。通过从卡中读

10、取文件，将所读取的数据流通过发送到解码中播放；机可通过总线读写卡的内容，传送等文件；显示屏用于显示的文件名和播放状态信息。（）播放流程设计。通过从卡中读取声波文件，将所读取的部分存放在一个缓冲器中，利用通道定期产生的中断，从缓冲器中读取声音数据，然后根据声音数据通过的通（接页）李宁基于的处理器开发应用北京航空航天大学出版社，马忠梅，李善平，康慨，等嵌入式系统教程北京航天航空大学出版社，（），赖晓晨，原旭，孙宁嵌入式系统程序设计清华大学出版社，作者简介程磊（），苏州工业职业技术学院电子工程系硕士。研究方向：电子技术。（收稿日期：）号、显示信号。系统上电后，首先进行一些初始化，接着采集的压力数据，

11、对采集的压力数据进行处理，主要和设定的压力值进行比较，得出各种控制信号，一方面控制水泵电机的工作数量，另一方面输出的控制信号控制转换电路的工作。另外，还采用数码管直观地显示当前工作的水泵电机的数量和变频器输出的频率值，其流程图如图所示。结论图系统原理图基于单片机技术与变频调速技术设计的供水控制系统，硬件电路简单，程序编写简单，运算速度快，能够实时的测量和控制水管内的水压，测量范围宽，具有节能安全的优点，另外不需要水塔，提高了水的质量。随着高楼的不断出现，该供水控制系统的应用将会越来越广泛。参考文献谷晓芳浅析多功能恒压供水系统的设计科技情报开发与经济，（）李斌，罗富强，等基于异步电机效率优化的变频供