（8）具有特殊的“休眠”功能，节约用水用电。 4.63 变频器的选择
该控制系统选用艾默生推出的专用恒压供水变压器TD2100，TD2100变频器是供水专用变频器，其功率范围广，功能丰富。专用于城乡住宅小区供水、城市集中供热供水、无塔供水装置、工业企业供油、供水装置等。其主要特点为： （1） 采用最新的IPM智能功率模块。 （2） 优化空间电压矢量控制技术。
（3） 先进的硬件组合：电机控制专用芯片DSP+CPLD+MCU。 （4） 低电感母线技术，极大提高了模块的安全性。
（5） 瞬间停电再启动，实施对旋转中电机的平滑无冲击启动。 （6） 冷却风扇的启动，受内部温度控制，可以延长风扇寿命。 （7） 符合国际标准的防护设计。 （8） 自动设定最多6段压力运行。 （9） 12种运行模式任意选择。 （10） 内置PID，自整定PI参数。
（11） 采用标准RS-485接口，开放的通信协议。
TD2100具有多项供水专用控制功能，使得其应用相当方便：
（1） 闭环设定方式。数字电压设定、数字压力设定、模拟电压设定、模拟电流
设定和上位机串行通信设定。
（2） 闭环控制选择。普通PI控制、UP/DOWN端子闭环控制、自学习PI控制和
优化模式PI控制。
（3） 供水模式选择。有变频泵固定/循环工作方式选择，可采用先启先停或先
启后停模式，共8种供水组合控制模式。可实现最多4台变频循环泵或7台变频固定泵方式控制。
（4） 常规日定时控制。实现每日6个时间段的压力数字设定。
（5） 指定日定时控制。可指定周日或选择年/周循环方式下的3个指定日期段，
并能实现每日6个时间段压力数字设定。
（6） 定时轮换控制。0~9999小时可设。
（7） 消防控制。有4种消防模式可供选择：恒压消防、所有泵切换到工频运行、
生活供水照常启动消防泵、关闭生活用水启动消防泵。
（8） 排污泵控制。可设定1台排污泵，能自动检测污水池液位或根据液位开关
信号实现自动排污。
（9） 夜间休眠泵控制。可设定1台休眠水泵，其中休眠起\\止时间，休眠压力
及偏差容限可设。
3.64变频器在使用时的注意事项
（1）变频器应装在干燥且通风条件好的场所。 （2）电源电压的不平衡度要小。
（3）控制器的电源端采用过压保护措施，以防雷电破坏控制系统。 （4）启动前变频器要复位。
4.7 抗干扰措施
因变频器有较强的电磁波辐射，电源环境比较恶劣，因此必须采用多种抗干扰措施，使系统可靠运行得到保证。常用的抗干扰措施有： （1） 使用计算机专用电源滤波器和超屏蔽电源变压器。 （2） 输入输出均经光电隔离，不与CUP共地。
（3） 控制信号连接选用屏蔽线，屏蔽层良好接地。传输线选用双绞合线，对线
电阻、电磁干扰有较强的抑制效果。
（4） 采用数字滤波软件技术。
（5） 利用看门狗电路，防止程序跑飞。
工控系统[23]在运行时，通常都会遇到各种各样的现场干扰，抗干扰能力是衡量工控系统性能的一个重要指标。看门狗电路是自行检测系统运行的重要保证，几乎所有的工控系统都包含看门狗电路。[24]
看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，而且若系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。硬件看门狗是真正意义上的“程序运行监视器”，如计数型的看门狗电路通常由555多谢振荡器、计数器以及一些电阻、电容等组成，分立元件组成的系统电路较为复杂，运行不够可靠。
基于以上考虑，本系统采用X25045芯片设计一种新的看门狗电路，它具有体积
小、占用I/O口线少和编程方便等特点，可广泛应用于仪器仪表和各种工控系统中。
X25045是美国Xicor公司生产的标准化8脚集成电路，它将EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统消耗，是一种理想的单片机外围芯片。 X25045其引脚功能如下： （1） CS：片选。
（2） SO：串行输出，数据由此引脚逐位输出。
（3） SI：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入X25045。
（4） SCK：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出。 （5） WP：写保护输入。当它为高电平时写操作被禁止。 （6） ??????:地。 （7） ??????：电源电压。 （8） RESET：复位输出。
由X25045组成的看门狗电路如图。X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X25045将从RESET输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使CPU复位。如图，CPU的复位信号共有3个：上电复位（C8、R5）、人工复位（S、R5、R6）和看门狗复位（C7、R4），通过或门综合后加到RESET端。C7、R4的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时CPU的振荡器已经在工作。
看门狗定时器的预置时间是通过X25045的状态寄存器的相应位来设定的。X24045状态寄存器共有6位有含义，其中WD1、WD0和看门狗电路有关，其余位和EEPROM的工作设置有关。 WD1=0，WD0=0，预置时间为1.4s。 WD1=0，WD0=1，预置时间为0.6s。 WD1=1，WD0=0，预置时间为0.2s。 WD1=1, WD0=1，禁止看门狗工作。
看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别的方法无法捕捉回程序时，看门狗定时时间很快增长到预置时间，迫使系统复位。
4.8 显示电路
该控制系统选用4只共阳极的LED数码管来组成显示电路。LED数码管可以显示管内水压、变频器的输出频率、工作水泵的数量、各水泵的累计工作时间及控制参数等。显示电路采用动态扫描显示方式，其中AT89C51单片机的P0口用来向数码管传送需要显示的数据；P2.0~P2.3四个I/O接口用作数码管的片选位来控制数码管的公共极，当P2.0~P2.3的接口为高电平时，对应的三极管导通，三极管在电路中起到驱动的作用，从而增加LED数码管的亮度，便于观察。
4.9 系统供电电路
控制系统的工作电压为5V，因此，必须为系统设计一个供电电路，将220V的市电转化为5V直流电，从而为系统的正常工作提供源源不断的电能。首先，通过变压器T1，将220V交流电降压为6V交流电；然后通过由四个二极管构成的整流桥，将6V的交流电整流成直流电；再通过电阻R1，电容C1、C3进行滤波，消除干扰，电容C2用来防止自激振荡；在固定式三关稳压器LM7805的??????和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而产生变化）。此直流电压经过LM7805的稳定和电容C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定性好的直流输出电压，进而为系统进行供电。在使用LM7805稳压芯片时应注意，如果芯片输出电流的较大时应配上散热板。
4.10 继电器控制电路
在恒压无塔供水系统中，管内水压的恒定，必须依靠电机水泵的启停来维持，而
电机水泵的启停又由继电气控制。
在继电气控制电路中，当P1.5输出低电平时，KM1导通，继电器吸合；当P1.5输出高电平时，KM1截止，继电器不吸合。在继电器吸合到断开的瞬间，由于线圈中的电流不能突变，将在线圈产生下正上负的感应电压，使晶体管集电极承受很高电压，有可能损坏驱动三极管VT1，为此在继电器线圈两端并接一个续流二极管VD1，使线圈两端的感应电压被嵌位在0.7V左右。正常工作时，线圈上的电压上正下负，二极管VD1截止，对电路没有影响。由于继电器由吸合到断开的瞬间会产生一定的干扰，当吸合电流比较大时，在单片机与继电器之间需要增加隔离电路，如光耦等，在下图中，7407是逻辑门驱动芯片，因为单片机的口线无法直接驱动光电耦合器，所以7407的作用就是加强驱动能力；R12是光耦的极限电阻；R10是光耦输出管集电极限流电阻；R11是驱动管VT1积极泄放电阻（防止电路过热造成管误导通），R11一般取4.7~10K，R11太大会失去泄放作用，太小会降低继电器吸合的灵敏度。
5系统程序设计
5.1主程序流程图
对于该系统而言，软件采用模块化结构设计，各种功能都有相应的子程序来完成，可读性和通用性极强。
单片机上电后首先执行的是初始化和自检，初始化包括标志位和变量的初始化、中断初始化、设置各接口芯片初始化、各种程序模块的初始化等；然后，程序进入主循环；最后进入PID计算及各种控制信号的输出部分[25]。
恒压无塔供水系统的主程序主要是由初始化子程序、模数转换子程序、采样子程序、PID调节子程序、控制子程序、定时中断子程序、显示子程序等组成。这种设计方法给程序的调试带来了极大的方便。主程序流程图如图所示