目录
摘要................................................................................................................................. 2 1绪论 .............................................................................................................................. 2
1.1选题背景 ............................................................................................................. 2 1.2本文的主要工作 ................................................................................................... 3 2设备介绍 ....................................................................................................................... 4
2.1单片机 ................................................................................................................. 4 2.2其他设备介绍 ...................................................................................................... 5 3整体设计方案 ................................................................................................................ 6 4 系统硬件电路设计 ........................................................................................................ 9
4.1时钟电路 ............................................................................................................. 9 4.2复位电路 ........................................................................................................... 10 4.3模数转换电路 .................................................................................................... 11 4.4压力传感器与ADC之间运算放大电路 ................................................................ 13 4.5 D/A输出电路 .................................................................................................. 14 4.6变频器的应用 .................................................................................................... 14 4.7 抗干扰措施 ....................................................................................................... 17 4.8 显示电路 .......................................................................................................... 19 4.9 系统供电电路 ................................................................................................... 19 4.10 继电器控制电路 .............................................................................................. 19 5系统程序设计 .............................................................................................................. 20
5.1主程序流程图 .................................................................................................... 20 5.2PID调节子程序流程图 ........................................................................................ 21 5.3控制子程序流程图 ............................................................................................. 24 5.4显示子程序设计 ................................................................................................. 26 6系统调试 ..................................................................................................................... 27 结论............................................................................................................................... 28 致谢............................................................................................................................... 29
摘要
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。目前对高楼供水恒压控制的研究以及已开发的系统各有所长。随着微机技术及变频技术的发展，设备简单、投资少、可靠性高、抗干扰能力强、节能高效的控制系统将是高楼恒压供水系统研究的方向。
本文根据目前单片机控制的恒压控制系统的研究现状，充分利用现代化新型、先进的元器件和最新的智能控制理论与算法，将变频调速技术和单片机技术融合到一起，设计高楼恒压供水智能控制系统。设计的高楼恒压供水智能控制系统具有可靠性高、抗干扰能力强、节能效率高等特点。 关键词:单片机;变频器:压力传感器;恒压供水系统;
Abstract:A new kind of frequenay-varying pressure-constant water supply system is introduced.The system can regulate the water pump numbers and their rotational speedbasing on the condition of the water pipe net,thereby automatic pressure-constant watersupply is practised in efficient and energy saving way.The water pump is started softlyby transducer,which has no concussion to electricity net.Thus,the life of water pump islonger.
Key words:single chip computer;frequency-varying;pressure-constant water supply;energy saving
1绪论
1.1选题背景
随着中国经济发展的大背景，城市化的近程越来越快。近些年房地产事业的蒸蒸日上，楼房越建越多，问题也就随之而来。高楼层住户用水往往因水压不够导致生活不便。常用的高层供水系统是水塔式[1]。
水塔，一般居民区里蓄水作用，有些还是水厂生产工艺的一个重要组成部分。
用于储水和配水的高耸结构，用来保持和调节给水管网中的水量和水压。主要由水柜、基础和连接两者的支筒或支架组成。在工业与民用建筑中，水塔是一种比较常见而又特殊的建筑物。它的施工需要特别精心和讲究技艺，如果施工质量不好，轻则造成永久性渗漏水，重则报废不能使用。
但是常用的水塔式供水系统因设备（尤其是电机）容易损坏而大大增加维护费用，且使用不方便。为此，需要设计一套利用现代电子技术，设计出一种智能变频供水系统。
随着科学技术的进步以及大规模集成电路和微机技术的迅速发展,交流电机变频调速技术己日趋完善,变频调速器用于交流异步电动机调速,其性能超过以往任何一种交流调速方式。单片机变频调速恒压供水系统,就是微机技术和变频调速技术最典型的应用,近几年在我国逐渐盛行起来,它具有节能、安全、保护设备、自动化程度高、造价低、供水压力稳定等优点,且非常适用于高层建筑、住宅小区锅炉的自动供水需要,同时安装调试方便,功能全面,可靠性高,抗干扰能力强,系统性能完全满足设计要求。
本控制系统智能化程度较高，不需要水塔，操作比较方便，供水也比较稳定，而且该系统使得供水系统寿命大大延长，本系统经过工程技术人员改进后肯定会成为颇值得推广的城市高楼层供水系统[2]。
本设计为一套变频恒压供水系统，通过压力传感器、供水控制器、变频调速器组成闭环回路自动调节电机的转速，从而调节水泵的供水量，使供水量可根据用水量的大小变化而变化，确保供水压力能够保持在正常范围。如果能共采用取水直供方式，不仅可节约大量的能源，延长设备使用寿命，又能避免水源的二次污染问题。[3]
1.2本文的主要工作
首先在绪论中介绍了此系统的课题背景以及控制系统中各种关键元器件 的发展、性能等。
在第二章介绍了单片机以及其他设备。
在第三章中研究了单片机恒压供水系统的系统构成及工作原理。在系统构 成部分，给出了系统框图、控制原理图，并对此系统中的硬件和软件的主要功
能做了简要的介绍。
在第四章论述了系统硬件设计过程，研究了控制系统的总体硬件结构，并 确立了各部分硬件模块的功能，给出了一些典型电路;研究了机型及器件的选 择，对所使用各种芯片的功能与特性进行了详细介绍;研究了系统硬件设计电 路，给出了系统硬件设计结构图和电动机的控制图。
在第五章中重点剖析了软件设计开发的过程，详细研究了PDI控制算法以 及程序总体设计思路，确立了模块化的设计思路，研究了主程序模块、Pm模 块、报警检测模块、水泵控制等模块的功能，开发出了主程序、PD控制子程 序等的工作流程。
最后在第六章中具体论述了系统的软、硬件调试，介绍了系统调试所使用 的工具及调试方法。
2设备介绍
2.1单片机
单片机[4]诞生于20世纪70年代，所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器（ROM）及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。
20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算机系统。
1982年以后，16位单片机问世，代表产品是Intel公司的MCS-96系列，16位单片机比起8位机，数据宽度增加了一倍，实时处理能力更强，主频更高，集成度达到了12万只晶体管，RAM增加到了232字节，ROM则达到了8kB，并且有8个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的I/O
处理单元，适用于更复杂的控制系统。
九十年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别的是它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从Intel的111条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以软件控制来实现，并能够实现智能化。由于单片机具有价格低廉、功能灵活，近年来单片机的应用领域越来越广泛。单片机广泛应用于通信产品、仪器仪表、家用电器、智能仪器仪表、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
AT89C51[5]是一种带4K字节存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机
[6][7]
。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL
高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2.2其他设备介绍
2.21 ADC0809模拟/数字转换芯片
ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片
2.22 CYG115型高压传感器