單片機畢業(yè)設計--基于單片機的恒壓供水系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　建設節(jié)約型社會，合理開發(fā)、節(jié)約利用和有效保護水資源是一項艱巨任務。根據(jù)高校用水時間集中，用水量變化較大的特點，分析了校園原供水系統(tǒng)存在了耗能高，可靠性低，水資源浪費嚴重，管網(wǎng)系統(tǒng)待完善的問題。提出利用自來水恒壓供水和水泵提水相結(jié)合的方式，并配以變頻器、軟啟動器、單片機、微泄露補償器、壓力傳感器、液位傳感器等不同功能傳感器，根據(jù)管

2、網(wǎng)的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)中的壓力始終保持在合適的范圍。從而解決因樓層太高而導致壓力不足及小流量時能耗大的問題。</p><p>　　另外水泵耗電功率與電機轉(zhuǎn)速的三次方成正比關系，所以水泵調(diào)速運行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省近四成。結(jié)合使用可編程控制器，可實現(xiàn)主泵變頻，副泵軟啟動，具有短路保護、過流保護功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了電機的使用壽命。</p><

3、;p>　　關鍵字：恒壓變頻供水，單片機，差壓供水，自動</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Buiding the conservation-oriented society,the reasonable development,saves and the effective protecting water resourc

4、es is an arduous task,according to the university water used time,the water consumption change major characteristic,analyzed the campsus original water supply system existence cost to be high,the reliability was low,the

5、water resources waste,the pipe network system treated the consummation the question .Proposed that draws water the way which using the runing water hydraulic press</p><p>　　Moreover the water pump consumes t

6、he electric power and the electric machinery ratational speed is proportional three cubed the relations,therefore the water pump velocity madulation movement’s energy conservation effect is obvious,the sverage power cons

7、umption usual water supply way saves 40%.The union uses the programmable controller,mayrealize the main pump frequency conversion,the auxiliary pump soft start,has the short circuit protection,the overflow protection,fun

8、ction stably,the work reli</p><p>　　Key words:Constant pressure frequency conversion watersupply, SCM, differential pressure water supply,automatic control</p><p><b>　　目錄</b></p&g

9、t;<p><b>　　第一章引言1</b></p><p>　　1.1變頻恒壓供水系統(tǒng)主要特點1</p><p>　　1.2 傳統(tǒng)定壓方式的弊病1</p><p>　　1.3恒壓供水設備的主要應用場合2</p><p>　　1.4恒壓供水技術實現(xiàn)2</p><p>　

10、　1.5變頻節(jié)能理論3</p><p>　　1.5.1交流電機變頻調(diào)速原理3</p><p>　　1.6變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制參數(shù)選擇3</p><p>　　1.6.1變頻恒壓供水系統(tǒng)組成3</p><p>　　1.6.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取4</p><p>　　1.7變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點4<

11、;/p><p>　　第二章變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)的工作原理6</p><p>　　2.1系統(tǒng)工作過程7</p><p>　　2.2變頻調(diào)速的基本調(diào)速調(diào)速原理9</p><p>　　2.3變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機理分析10</p><p>　　2.3.1管路水力損失及性能曲線10</p>&l

12、t;p>　　2.3.2水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析11</p><p>　　2.3.3調(diào)速范圍的確定12</p><p>　　2.4本章小結(jié)13</p><p>　　第三章變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)硬件設計14</p><p>　　3.1硬件總體說明14</p><p>　　3.2 555定時器復位電路15<

13、;/p><p>　　3.3 5V單片機供電電源電路17</p><p>　　3.4 LED數(shù)值顯示 D/A數(shù)值采集 D/A數(shù)值反饋17</p><p>　　3.4.1 LED數(shù)值顯示模塊17</p><p>　　3.4.2 數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換電路19</p><p>　　第四章變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)軟件設計25&

14、lt;/p><p>　　4.1 變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)軟件設計總體說明25</p><p>　　4.2 8051系列單片的編程語言25</p><p>　　4.3 編程軟件26</p><p>　　4.3.1 C051編譯器介紹26</p><p>　　4.3.2 KEIL編譯器26</p><

15、p>　　4.4 單片機資料27</p><p>　　4.5 軟件的設計30</p><p>　　4.5.1 程序設計圖30</p><p><b>　　結(jié)論33</b></p><p><b>　　致謝34</b></p><p><b>　　參考文

16、獻35</b></p><p><b>　　附錄36</b></p><p>　　附錄一：A/D數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化及顯示子程序36</p><p>　　附錄二：PID控制子程序39</p><p><b>　　外文資料原文44</b></p><p>　　In

17、put/Output Accessing44</p><p><b>　　翻譯文稿49</b></p><p>　　輸入/輸出訪問49</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著人民生活水平的日趨提高，新技術和先進設備的應用，使供水設計得到了新的發(fā)展機遇，當前住宅建筑的

18、規(guī)劃趨向于更具有人性化的多層次住宅組合，人們不再僅僅追去立面和平面的美觀和合理，而是追求空間上布局的流暢和設計中貫徹以人為本的理念，特別是在市場經(jīng)濟的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。于是選擇一種符合各方面規(guī)范、安全又經(jīng)濟合理的供水方式，對我們供水系統(tǒng)設計帶來了新的挑戰(zhàn)。</p><p>　　恒壓供水是指在供水管網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。供水壓力值是根據(jù)用戶需求確定的，傳統(tǒng)的恒壓供水方式是

19、采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設施來實現(xiàn)，隨著變頻調(diào)速技術的日益成熟和廣泛應用，利用變頻器、PID調(diào)節(jié)器、傳感器、PLC等器件的有機組合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實現(xiàn)恒壓供水。</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)主要特點</p><p>　　1.節(jié)能，可以實現(xiàn)節(jié)電20%~40%，能實現(xiàn)綠色省電。</p><p>　　2.占地面積小，投資少，效率高。<

20、/p><p>　　3.配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠。</p><p>　　4.運行合理，由于是軟啟和軟停，不但可以消除水錘效應，而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小，減小了維修量和維修費用，并且水泵的壽命大大提高。</p><p>　　5.由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病。</p><p>

21、;　　6.通過通信控制，可以實現(xiàn)五人職守，節(jié)約了人力物力。</p><p>　　1.2 傳統(tǒng)定壓方式的弊病</p><p>　　1.管理不便，因與大氣連通容易引起管道腐蝕。</p><p>　　2.由于水箱內(nèi)微生物，藻類寄生，還可能對系統(tǒng)造成二次污染，所以定壓水箱都需要定期維護，并由衛(wèi)生部門檢測。</p><p>　　3.定壓水箱需占用較大的

22、空間，需要專門的地點來放置。</p><p>　　4.高位定壓水箱系統(tǒng)的控制靠投入泵的臺數(shù)來調(diào)節(jié)，但這種方式不能做到供水量和用水量的最佳配比，水泵長期在高效區(qū)工作，效率低下。</p><p>　　5.系統(tǒng)頻繁的啟停泵，造成水泵、電機及開關部件壽命縮短。</p><p>　　6.使用高位水箱供水，在系統(tǒng)流量較大時，管網(wǎng)壓力會有較大的變化，造成</p>&

23、lt;p>　　部分用戶壓力不夠，出現(xiàn)諸如流量不足、冷熱不均等情況。</p><p>　　7.在供水泵的選型上，設計人員為了提高系統(tǒng)安全系數(shù)，電機選型都較大；在用水負荷較小時要采用減壓閥、節(jié)流孔板等來調(diào)節(jié)水流量，這樣大量的能量消耗在閥上，造成了電能的浪費。</p><p>　　1.3恒壓供水設備的主要應用場合</p><p>　　1.高層建筑，城鄉(xiāng)居民小區(qū)，企事

24、業(yè)等生活用水。</p><p>　　2.各類工業(yè)需要恒壓控制的用水場合，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補水等。</p><p><b>　　3.中央空調(diào)系統(tǒng)。</b></p><p>　　4.自來水廠增壓系統(tǒng)。</p><p>　　5.農(nóng)田灌溉，污水處理，人造噴泉。</p><p>　　6.各種流

25、體恒壓控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.4恒壓供水技術實現(xiàn)</p><p>　　通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水轉(zhuǎn)換成4~20mA的模擬信號，通過變頻器內(nèi)置的PID控制器，來改變電動水泵轉(zhuǎn)速。當用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設定壓力時，變頻調(diào)速的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大，當達到設定壓力時，電動機水泵的轉(zhuǎn)速不再變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設定壓力上；反之亦然。</p>

26、<p>　　目前交流電機變頻調(diào)速技術是一項業(yè)已廣泛應用的技能技術，由于電子技術的飛速發(fā)展，變頻器的性能有了極大的提高，它可以實現(xiàn)控制設備軟啟停，不僅可以降低設備故障率，還可以大幅縮減電耗，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長周期運行。</p><p>　　長期以來區(qū)域的供水系統(tǒng)都是由市政管網(wǎng)經(jīng)過二次加壓和水塔或天而水池來滿足用戶對供水壓力的要求。在供水系統(tǒng)中加壓泵通常是用最不利水電的水壓要求來確定相應的揚程設計，

27、然后泵組根據(jù)流量變化情況來選配，并確定水泵的運行方式。由于用水有著季節(jié)和時段的明顯變化，日常供水運行控制就常采用水泵的運行方式調(diào)整加上出口閥開度調(diào)節(jié)供水的水量水壓，大量能量因消耗在出口閥而浪費，而且存在著水池“二次污染”的問題。變頻調(diào)速技術在給水泵站上的應用，成功的解決了能耗和污染兩大難題。</p><p><b>　　1.5變頻節(jié)能理論</b></p><p>　　

28、1.5.1交流電機變頻調(diào)速原理</p><p>　　交流電機轉(zhuǎn)速特性：，其中n為電機轉(zhuǎn)速，f為交流電頻率，s為轉(zhuǎn)差率，p為極對數(shù)，電機選定之后s、p為定值。電機轉(zhuǎn)速n和交流電頻率f成正比，使用變頻器來改變交流電頻率，即可實現(xiàn)對電機變頻無級調(diào)速，各類工業(yè)需要恒壓控制的用水，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補水等。</p><p>　　流量與轉(zhuǎn)速成正比：Q∝N</p><p&

29、gt;　　轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比：T∝</p><p>　　功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：T∝N</p><p>　　而且變頻調(diào)速自身的能量損耗極低，在各種轉(zhuǎn)速下變頻器輸入功率幾乎等于電機軸功率，由此可知在使用變頻調(diào)速技術供水時，系統(tǒng)中流量變化與功率的關系；</p><p>　　P變= NP額= QP額</p><p><b>　　其中

30、，P為功率</b></p><p><b>　　N為轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　Q為流量</b></p><p>　　例如設定當前流量為水泵額定流量60%，則采用變頻調(diào)速時P=QP=0.216P，而采用閥門控制時P=（0.4+0.6Q）P=0.76P，節(jié)電=（P*P）/P*100=71.6%<

31、;/p><p>　　由此可見從理論上計算結(jié)果可以看到技能效果非常顯著，而且在實際運行變頻恒壓供水技術比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動控制恒壓、無污染等明顯優(yōu)勢。而且新型的變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動控制一臺或多臺主泵和一臺休眠泵的運行。在管網(wǎng)用水量減少到單臺主泵流量約1/6~1/8時，系統(tǒng)自動停止主泵，啟動小功率休眠泵工作，保證系統(tǒng)小流量供水，解決小流量甚至零流量供水時大量電能的浪費問題，從運行控制上進一步節(jié)能。</p&

32、gt;<p>　　1.6變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制參數(shù)選擇</p><p>　　1.6.1變頻恒壓供水系統(tǒng)組成</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)通常是由水池、離心泵、壓力傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻器、管網(wǎng)組成。工作流程是利用設置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)用水量的變化引起水壓變化，即使將信號反饋PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器對比設定控制壓力進行運算后給出相應的變頻指令，改變水

33、泵的運行或加減速，使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。</p><p>　　1.6.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取</p><p>　?。?）合理選取壓力控制參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)低能耗恒壓供水，這個目的的實現(xiàn)關鍵就在于恒壓控制參數(shù)的選取，通常管網(wǎng)壓力控制點的選擇有兩個：一個就是管網(wǎng)最不利點壓力恒壓控制。另一個就是泵出口壓力恒壓控制。</p><p>　?。?）變頻器在投入運行后的

34、調(diào)試是保證系統(tǒng)達到最佳運行轉(zhuǎn)臺的必要手段。變頻器根據(jù)負載的轉(zhuǎn)動慣性的大小，在啟動和停止電機時所需的時間就不同，設定時間過短會導致變頻器在加速時過電流，在減速時過電壓保護；設定時間過長會導致變頻器在調(diào)速運行時使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢，反應遲滯，應變應變能力差，系統(tǒng)易處于短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。為了變頻器不跳閘保護，現(xiàn)場使用當中的許多變頻器加減速時間的設置過長，它所帶來的問題很容易被設備外表的正常覆蓋，但是變頻器達不到最佳運行狀態(tài)，所以現(xiàn)場使用時要根據(jù)

35、所驅(qū)動的負載性質(zhì)不同，測試出負載的允許最短加減速時間，進行設定。對于水泵電機，加減速時間的選擇在0.2~20秒之間。</p><p>　　1.7變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點</p><p>　　本文研究的變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點: </p><p>　　(1)供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個過程

36、控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應具有滯后性。同時用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應.</p><p>　　(2)用戶管網(wǎng)中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個線性系統(tǒng)。</p><p>　　{3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向

37、各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強的多變性，</p><p>　　(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泵的停止和運行)是時時發(fā)生的，同時定量泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時時變化的。</p><p

38、>　　(5)當出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點自動進行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行供水。</p><p>　　(6)水泵的電氣控制柜，有遠程和就地控制的功能，數(shù)據(jù)通訊接口能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關數(shù)據(jù)進行實時傳送，以便顯示和監(jiān)控

39、以及報表打印等功能。</p><p>　　(7)系統(tǒng)用變頻器進行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從零到電機額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設備的使用壽命。</p><p>　　變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　在變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中，是通過變

40、頻調(diào)速來改變水泵的轉(zhuǎn)速從而改變水泵工作點來達到調(diào)節(jié)供水流量的目的。反應水泵運行工程的水泵工作點也稱為水泵工況點，是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實際運行時所具有的揚程、流量以及相應的效率、功率等參數(shù)。在調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的過程中，水泵工況點的調(diào)節(jié)是一個十分關鍵的問題。如果水泵工況點偏離設計工作點較遠，不僅會引起水泵運行效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴重的氣穴現(xiàn)象，還可能導致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定而影響正常的供水。水泵在實際運行時的工作點取決于水泵性能、管路水

41、力損失以及所需實際揚程，這三種因素任一項發(fā)生變化，水泵的運行工況都會發(fā)生變化因此水泵工況點的確定和工況調(diào)節(jié)與這三者密切相關。</p><p>　　圖2-1 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　圖3-1就是一個典型的由8051單片機控制的恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)。系統(tǒng)由微機控制器、交流變頻調(diào)速器、水泵機組、供水管網(wǎng)和壓力傳感器等組成，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖3.2所示。8051單片計算機在這里

42、主要起壓力采集，PID調(diào)節(jié)器計算、功能判斷處理、消防處理、邏輯切換、壓力顯示和聲光報警等作用。</p><p>　　圖2-2 單片機的變頻恒壓調(diào)速系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)工作過程</b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的實際狀況，白天一般只需開動一臺水泵，就能滿足生產(chǎn)生活需要，小機工頻運行作恒速泵使用，大機變頻運行

43、作變量泵；晚上用水低峰時，只需開動一臺大機就能滿足供水需要，因此可以采用一大一小搭配進行設計，即把1#水泵電機（160KW）和2#水泵電機（220KW）為一組，自動控制系統(tǒng)可以根據(jù)運行時間的長短來調(diào)整選擇不同的機組運行。</p><p>　　分析自動控制系統(tǒng)機組Ⅰ（1#、2#水泵機組）工作過程，可分為以下三個工作狀態(tài)：（1）1#電機變頻啟動；（2）1#電機工頻運行，2#電機變頻運行；（3）2#電機單獨變頻運行，一

44、般情況下，水泵電機都處于這三種工作狀態(tài)中，當管網(wǎng)壓力突變時，三種工作狀態(tài)就要發(fā)生相應變換，因此這三種工作狀態(tài)對應著三個切換過程。</p><p><b>　　切換過程Ⅰ</b></p><p>　　1#電機變頻啟動，頻率達到50Hz，1#電機工頻運行，2#電機變頻運行。系統(tǒng)開始工作時，管網(wǎng)水壓低于設定壓力下限P。按下相應的按鈕，選擇機組Ⅰ運行，在PLC可編程控制器控制

45、下，KM2得電，1#電機先接至變頻器輸出端，接著接通變頻器FWD端。變頻器對拖動1#泵的電動機采用軟啟動，1#電機啟動，運行一段時間后，隨著運行頻率的增加，當變頻器輸出頻率增至工頻f0可編程控制器發(fā)出指令，接通變頻器BX端，變頻器FWD端斷開，KM2失電，1#電機自</p><p>　　變頻器輸出端斷開，KM1得電，1#電機切換至工頻運行，1#電機自變頻器輸出端斷開，KM1得電1#電機切換至工頻運行。1#電機工頻

46、運行后，開啟1#泵閥門，1#泵工作在工頻狀態(tài)。接著KM3得電，2#電機接至變頻器輸出端，接通變頻器FWD端，變頻器BX端斷開，2#電機開始軟啟動，運行一段時間后，開啟2#泵閥門，2#水泵電機工作在變頻狀態(tài)。從而實現(xiàn)1#水泵由變頻切換至工頻電網(wǎng)運行，2#水泵接入變頻器并啟動運行，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)下變頻器輸出頻率不斷增加，直到管網(wǎng)水壓達到設定值（Pi＜P＜Pm）為止。</p><p><b>　　切換過程Ⅱ<

47、;/b></p><p>　　由1#電機工頻運行，2#電機變頻運行轉(zhuǎn)變?yōu)?#電機單獨變頻運行狀態(tài)。當晚上用水量大量減少時，水壓增加，2#水泵電機在變頻器作用下，變頻器輸出頻率下降，電機轉(zhuǎn)速下降，水泵輸出流量減少，當變頻器輸出頻率下降到指定值fmin，電機轉(zhuǎn)速下降到指定值，水管水壓高于設定水壓上限Pk時（2#電機，f=fmin，P＜Pk），在PLC可編程控制器控制下，1#水泵電機在工頻斷開，2#水泵繼續(xù)在變頻

48、器拖動下變頻運行。</p><p><b>　　3切換過程Ⅲ</b></p><p>　　由2#電機變頻運行轉(zhuǎn)變?yōu)?#電機變頻停止，1#電機變頻運行狀態(tài)。當早晨用水量再次增加時，2#電動機工作在調(diào)速運行狀態(tài)，當變頻器輸出頻率增至工頻fi（即50Hz），水管水壓低于設定水壓上限Pi時（2#電機f=fi，P≦Pi），接通變頻器BX端，變頻器FWD斷開，KM3斷開，2#電機

49、自變頻器輸出端斷開；KM2得電，1#電機接至變頻器輸出端；接通變頻器FWD端，于此同時變頻器BX端斷開。1#電機開始軟啟動?？刂葡到y(tǒng)又回到初始工作狀態(tài)Ⅰ，開始新一輪循環(huán)。</p><p>　　圖2-3 1#和2#機組工作過程流程圖</p><p>　　2.2變頻調(diào)速的基本調(diào)速調(diào)速原理</p><p>　　水泵機組應用變頻調(diào)速技術。即通過改變電動機定子電源效率來改變電

50、動機轉(zhuǎn)速可以相應的改變水泵轉(zhuǎn)速及工況，使其流量與揚程適應管網(wǎng)用水量的變化，保持管網(wǎng)最不利點壓力恒定，達到節(jié)能效果。</p><p>　　如圖2.4所示，n為水泵特性曲線，A管路特性曲線，H0為管網(wǎng)末端的服務壓力，H1為泵出口壓力。當用水量達到最大Qmax時，水泵全速運轉(zhuǎn)，出口閥門全開，達到了滿負荷運行，水泵的特性n0和用水管特性曲線A0匯交于b點，此時，水泵輸出口壓力為H，末端服務壓力剛好為H0.當用水量從Qma

51、x減少到Q1的過程中，采用不同的控制方案，其水泵的能耗也不同。</p><p>　　圖2-4節(jié)能分析曲線圖</p><p>　　(1)水泵全速運轉(zhuǎn)，靠關小泵出口閥門來控制；此時，管路阻力特性曲線變陡（A2），水泵的工況點由b點上滑到c點，而管路所需的揚程將由b點滑到d點，這樣c點和d點揚程的差值即為全速水泵的能量浪費。</p><p>　　(2)水泵變速運轉(zhuǎn)，靠泵的

52、出口壓力恒定來控制；此時，當用水量由Qmax下降時，控制系統(tǒng)降低水泵轉(zhuǎn)速來改變其特性。但由于采用泵出口壓力恒量方式工作。所以其工況點是在H上平移。在水量到達Q1時，相應的水泵特性趨向為nx。而管路的特性曲線將向上平移到A1，兩線交點e即為此時的工況點，這樣，在水量減少到Q1時，將導致管網(wǎng)不利點水壓升高到H0﹥H1，則H1即為水泵的能量浪費。</p><p>　　(3)水泵變速運轉(zhuǎn)，靠管網(wǎng)取不利點壓力恒定來控制；此

53、時，當用水量由Qmax下降到Q1時，水泵降低轉(zhuǎn)速，水泵的特性曲線n1，其工況點為d點，正好落在管網(wǎng)特性曲線A0上，這樣可以使水泵的工作點式中沿著A0滑動，管網(wǎng)的服務壓力H0恒定不變，其揚程與系統(tǒng)阻力相適應，沒有能量的浪費。此方案與泵出口恒壓松散水相比，其能耗下降了h1.</p><p>　　根據(jù)水泵相似原理：Q1/Q2=n1/n2</p><p>　　H1/H2=(n1/n2)*2<

54、/p><p>　　P1/P2=(n1/n2)*3</p><p>　　式中，Q、H、P、n分別為泵流量、壓力、軸功率和轉(zhuǎn)速。即通過控制轉(zhuǎn)速可以減少軸功率。根據(jù)以上分析表明，選擇供水管網(wǎng)最不利點允許的最低壓力為控制參數(shù)，通過壓力傳感器以獲得壓力信號，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)速系統(tǒng)，以使水泵的轉(zhuǎn)速保持與調(diào)速裝置所設定的控制壓力相匹配，使調(diào)速技術和自控技術相結(jié)合，達到最佳節(jié)能效果。此外，最不利點的控制壓力

55、還保證了用戶水壓的穩(wěn)定，無論管路特性等因素發(fā)生變化，最不利點的水壓是恒定的，保證了供水壓力的可靠。</p><p>　　采用變頻恒壓供水系統(tǒng)除可節(jié)能外，還可以使水泵組啟動，降低了起動電流，避免了對供電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊負荷，提高了供水供電的安全可靠性。另外，變頻器本身具有過電流、過電壓、失壓等多種保護功能，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。</p><p>　　目前水泵電機絕大部分是三相交流異步電動機，根

56、據(jù)交流電機的轉(zhuǎn)速特性，電機的轉(zhuǎn)速n為：</p><p>　　n=120(1-s)/p （2.3.1）</p><p>　　式中s為電機的滑差（s=0.02），p為電機極對數(shù)，f為定子供電頻率。當水泵電機選定后，p和s為定值，也就是說電機轉(zhuǎn)速與電源的頻率高低成正比，頻率越高，轉(zhuǎn)速越高，反之，轉(zhuǎn)速越低，變頻調(diào)速時是根據(jù)這一公式來實現(xiàn)無級調(diào)速的。</p>

57、<p>　　由流體力學知：管網(wǎng)壓力P、流量Q和功率N的關系為</p><p><b>　　N=PQ</b></p><p>　　由功率與水泵電機轉(zhuǎn)速成三次方正比關系，基于轉(zhuǎn)速控制比，基于流量控制可以大幅度降低軸頻率。</p><p>　　2.3變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機理分析</p><p>　　2.3

58、.1管路水力損失及性能曲線</p><p>　　管路水力損失分為沿程損失和局部損失兩種</p><p><b>　?。?.3.2） </b></p><p>　　沿程損失 （2.3.3）</p><p>　　式中y-管路沿程摩擦損失系

59、數(shù)；j-局部損失系數(shù)；L-管路長度（m）；A-過水</p><p><b>　　截面的面積。</b></p><p>　　將式中（2.3.1）和（2.3.3）代入（2.3.1）可得</p><p>　　式中S被稱為管路阻力系數(shù)。當水泵管路系統(tǒng)去掉后，相應的y，j，L，A等參數(shù)都能去頂，S也就確定了。由式（2.3.4）可知管路水力損失與流量的平方

60、成正比。當上下水位確定后，管路所需要的水損失就等于上下水位差（即實際揚程H）加上管路損失</p><p>　　Hx=Hsj+Hs (2.3.5)</p><p>　　由式（2.3.5）可以得到如圖所示的Hs-Q管路性能曲線</p><p>　　圖2-5本泵工作點的確定</p><p>　　2.3.2水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析<

61、;/p><p>　　水泵運行工況點A是水泵性能曲線n1和管道性能曲線R1的交點。在常規(guī)供水系統(tǒng)中，采用閥門控制流量，需要減少流量時關小閥門，管路性能曲線有R1變?yōu)镽2.運行工況點沿著水泵性能曲線從A點移到D點，揚程從H0上升到H1，流量從Q0減少到Q1。采用變頻調(diào)速控制時，管路性能曲線R1保持不變，水泵的特性取決于轉(zhuǎn)速，如果水泵轉(zhuǎn)速從n0降到n1，水泵性能曲線從n0平移到n1，運行工況點沿著水泵性能曲線從A點移到C點

62、，揚程從H0下降到H1，流量從Q0減少到Q1.在圖2-5中水泵運行在B點時消耗的軸功率與H1BQ1O的面積成正</p><p>　　比，運行在C點時消耗的軸功率與H2CQ1O的面積成正比，從圖2-6上可以看出，在流量相同的情況下，采用變頻調(diào)速控制比恒速泵控制節(jié)能效果明顯。</p><p>　　圖2-6變頻調(diào)速恒壓供水單臺水泵工況調(diào)節(jié)圖</p><p>　　求出運行在

63、B點的泵的軸功率 </p><p>　　運行在C點泵的軸功率 </p><p><b>　　兩者之差：</b></p><p>　　也就是說，采用閥門控制流量時有ΔV的功率被白白浪費了，而且損耗閥門的關小而增加。</p><p>　　相反，采用變頻調(diào)速控制水泵電機

64、時，當轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)降低時，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)與恒速泵供水方式中用閥門增加阻力的流量控制方式相比，節(jié)能效果顯著。</p><p>　　2.3.3調(diào)速范圍的確定</p><p>　　考察水泵的效率曲線，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器效率降得過低，避免水泵在低效率段運行。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚程規(guī)定，當選定某型號的水泵時即

65、可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚程確定具體降低調(diào)速范圍，在實際配泵時揚程設定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進一步變小，其頻率變化范圍在40Hz以上，也就是說轉(zhuǎn)速下降在20%以內(nèi)。在此范圍內(nèi)，電動機的負載率在50%~100%范圍內(nèi)變化，電動機的效率基本上都在高效區(qū)。</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章從水泵理論和管網(wǎng)特性曲

66、線分析入手討論水泵工作點的確定方法。接著介紹了水泵工況調(diào)節(jié)的幾種常用方法。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，水泵工況的調(diào)節(jié)是通過改變水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。本章重點對變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵能耗機理進行深入研究，得到以下幾個結(jié)論：</p><p>　　1.水泵的工作點就是在同一坐標系中水泵的性能曲線和管路性能曲線的交點。水泵工作點是水泵運行的理想工作點。實際運行時水泵的工作點并非總是固定不變的。</p>

67、<p>　　2.水泵工況的調(diào)節(jié)就是采用改變管路性能曲線或改變水泵性能曲線的方法來移動工作點，使其符合要求。</p><p>　　變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　系統(tǒng)單元設計主要包括CPU基本控制單元、電路定時復位電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、顯示電路和相應的開關電路。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖</p&g

68、t;<p><b>　　3.1硬件總體說明</b></p><p>　　單片機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框架圖如圖3-1所示。</p><p>　　本系統(tǒng)以8951單片機為核心，它有4KEPROM,所以不用外擴EPROM,這樣可以利用P0、P2口作為輸入、輸出I/O口，簡化了硬件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的顯示采用4片74LS164驅(qū)動LED，使用8951的串行通訊口TXD,DXD

69、。93C46為串行EEPROM，用于保存開機設定的原始參數(shù)。采用NE555組成硬件定時復位電路，</p><p>　　可以有效防止程序死機現(xiàn)象。74LS273用于對繼電器輸出狀態(tài)硬件鎖存，以防止輸出狀態(tài)被干擾。ULN2003為反向驅(qū)動芯片，同時在74LS273的CLEAR管腳外接RC電路，用于開機時使74S273的輸出端清零，用于防止繼電器的誤動作，對變頻器起到了保護作用。在報警輸入端與CPU之間采用光耦隔離，

70、以消除外部干擾。系統(tǒng)A/D輸入采用8位TLC0831逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，D/A輸出采用了光耦離式D/A輸出，并采用LM358雙運放組成D/A輸出及驅(qū)動電路。P3.3定時輸出占空比與頻率相對應的PWM調(diào)制信號，通過二極運算放大電路后，在LM358的第7引腳輸出與頻率相對應的電壓信號。在輸出端調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，兩放大器之間的RC電路起到了濾波的作用。</p><p>　　3.2 555定時器復位電路&

71、lt;/p><p>　　用NE555組成的硬件定時復位系統(tǒng)，可以有效地防止程序死機現(xiàn)象。</p><p>　　NE555封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖3-2 NE555封裝圖</p><p>　　如圖3-3和圖3-4上可知，NE555定時電路V0口輸出連續(xù)的脈沖信號至RST，達到定時復位的效果。電路使用電阻電容產(chǎn)生RC定時電路，用于設定

72、脈沖的周 期和脈沖的寬度。調(diào)節(jié)RW或者電容C，可以得到不同的時間常數(shù)。</p><p>　　脈沖寬度計算公式：TW =0.7(R1+RW+R2)C</p><p>　　振蕩周期計算公式：T=0.7(R1+ RW+2*R2)C</p><p>　　從而通過控制振蕩周期和脈沖寬度就可以控制定時時間。</p><p>　　圖3-3 NE555內(nèi)部結(jié)

73、構(gòu)</p><p>　　圖 3-4 NE555定時電路及工作波形</p><p>　　3.3 5V單片機供電電源電路</p><p>　　如圖3-5所示電路為輸出電壓+5V、輸出電流1.5A的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器B，橋式整流電路D1～D4，濾波電容C1、C3，防止自激電容C2、C3和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡捷方便地搭成的。220V交流市電通過電源變

74、壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1～D4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(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發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標準化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成

75、本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩(wěn)壓電源中應用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。</p><p>　　圖3-5 LM7805穩(wěn)壓電源</p><p>　　3.4 LED數(shù)值顯示 D/A數(shù)值采集 D/A數(shù)值反饋</p><p>　　3.4.1 LED數(shù)值顯示模塊</p><p>　　數(shù)碼管由7 個發(fā)光二極管組成,行成一個

76、日字形,它門可以共陰極,也可以共陽極.通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應的發(fā)光二極而形成相應的字,這就是它的工作原理.基本的半導體數(shù)碼管是由7 個條狀的發(fā)光二極管（LED）按圖1 所示排列而成的，可實現(xiàn)數(shù)字"0～9"及少量字符的顯示。另外為了顯示小數(shù)點，增加了1 個點狀的發(fā)光二極管，因此數(shù)碼管就由8 個LED 組成，我們分別把這些發(fā)光二極管命名為"a,b,c,d,e,f,g,dp"，排列順序如下圖3-

77、6。</p><p>　　圖3-6 共陰數(shù)碼管引腳圖</p><p>　　圖3-7 數(shù)碼管封裝</p><p>　　數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類 </p><p>　?、?動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種

78、示</p><p>　　方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8 個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示

79、出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O 端口，而且功耗更低。</p><p>

80、　?、?靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD 碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。</p><p>　　圖3-8 共陰極4位8段數(shù)碼顯示</p><p>　　3.4.2 數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換電路 </p><p>　　1.AD0809的邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>

81、　　ADC0809 是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個8路模擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成（見圖1）。多路開關可選通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)輸出鎖器用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當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)。</p><p>　　圖3-9 AD0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><

82、;p>　　2. AD0809的工作原理</p><p>　　IN0－IN7：8 條模擬量輸入通道</p><p>　　ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。</p><p>　　地址輸入和控制線：4條。</p>

83、;<p>　　ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A， B，C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B 和C 為地址輸入線，用于選通IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如圖表3-10所示。</p><p>　　圖3-10 AD0809通道選擇表</p><p>　　數(shù)字量輸出及

84、控制線：11 條</p><p>　　ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。當ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應保持低電平。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當EOC 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行A/D 轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0 為數(shù)字量輸出線。C

85、LK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。</p><p>　　3. ADC0809應用說明</p><p>　　（1）． ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機直接相連。</p><p>　?。?）． 初始化時，使ST 和

86、OE信號全為低電平。</p><p>　?。?）． 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。</p><p>　　（4）． 在ST 端給出一個至少有100ns 寬的正脈沖信號。</p><p>　　（5）． 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC 信號來判斷。</p><p>　?。?）． 當EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就

87、輸出給單片機了。</p><p>　　4. AD0809轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　電路見圖3.4.2.4，主要由AD 轉(zhuǎn)換器AD0809，頻率發(fā)生器SUN7474，單片機AT89S51</p><p>　　及顯示用數(shù)碼管組成。AD0809的啟動方式為脈沖啟動方式，啟動信號START啟動后開始轉(zhuǎn)換，EOC 信號在START 的下降沿10us后才變?yōu)闊o效的低電平。這

88、要求查詢程序待EOC無效后再開始查詢，轉(zhuǎn)換完成后，EOC 輸出高電平，再由OE 變?yōu)楦唠娖絹磔敵鲛D(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。我們在設計程序時可以利用EOC 信號來通知單片機（查詢法或中斷法）讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，也可以在啟動AD0809 后經(jīng)適當?shù)难訒r再讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。AT89S51的輸出頻為晶振頻的1/6（2MHZ），AT89S1 與SUN7474連接經(jīng)與7474的ST腳提供AD0809 的工作時鐘。AD0809 的工作頻范圍為10KHZ-1280KHZ

89、,當頻率范圍為500KHZ 時，其轉(zhuǎn)換速度為128us。</p><p>　　AD0809 的數(shù)據(jù)輸出公式為：Dout=Vin*255/5=Vin*51,其中Vin為輸入模擬電壓，Vout為輸出數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖3-11 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　5． D/A轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　本系統(tǒng)采用的一個光耦隔離式串行D

90、/A輸出，，并采用LM358雙運放組成D/A輸出及驅(qū)動電路，電路圖如圖3-12。</p><p>　　圖3-12 光耦隔離式D/A</p><p>　　這里運用到了脈寬調(diào)制(PWM)的方法來控制電壓模擬量，脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。</p><p>　　6.

91、 PWM控制原理</p><p>　　PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時

92、候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。</p><p>　　圖3-13 PWM占空比</p><p>　　圖3-13顯示了三種不同的PWM信號。（a）是一個占空比為10%的PWM輸出，即在信號周期中，10％的時間通，其余90％的時間斷。（b）和（c）顯示的分別是占空比為50%和90%的PWM輸出。這三種PWM輸出編碼的分別是強度為滿度值的10%、50%和90%的三種不同模擬

93、信號值。例如，假設供電電源為9V，占空比為10%，則對應的是一個幅度為0.9V的模擬信號。</p><p>　　變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　4.1 變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)軟件設計總體說明</p><p>　　系統(tǒng)軟件程序由主程序，定時中斷顯示和頻率輸出子程序組成。采用軟件模塊化設計，引入了先進的模糊邏輯控制技術，并增加了容錯技術和抗干擾算法。系統(tǒng)

94、采用了定時復位軟件設計方案（1秒鐘復位一次），以消除程序運行時的死機現(xiàn)象。數(shù)字濾波采用平均值濾波方法，以消除干擾對輸入信號的影響。</p><p>　　4.2 8051系列單片的編程語言</p><p>　　51單片機在有四種語言支持，即匯編、PL/MC、C和BASIC。</p><p>　　C語言是一種源于編寫UNIX操作系統(tǒng)的語言，是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生緊湊代

95、碼。C語言結(jié)構(gòu)是以括號{}而不是以字和特殊符號表示的語言。C語言可以進行許多機器級函數(shù)控制而不用匯編語言。與匯編語言相比，C語言有很多優(yōu)點。</p><p>　?。?）對單片機指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求了解對8051的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解；</p><p>　?。?）寄存器的分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細節(jié)可有編譯器管理；</p><p>　　程序規(guī)范的結(jié)構(gòu)，

96、可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化</p><p>　　（3）具有將可變選擇和特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；</p><p>　　關鍵字及運算函數(shù)可用于近似人的思維過程方式使用；</p><p>　?。?）編程和程序調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率；</p><p>　　（5）提供的庫包括許多標準子程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理

97、能力；</p><p>　?。?）已編好的程序可以很容易地移植入新程序，因為C語言具有方便的模塊化編程技術；</p><p>　　雖然C語言有諸多優(yōu)點，但是并不是說匯編語言就要被拋棄，懂得匯編語言指令就可使用在片RAM作為變量的優(yōu)勢，因為片外變量需要幾條幾條指令才能設置累加器和數(shù)據(jù)指針進行存取。要求使用浮點和啟用函數(shù)時，只有具備匯編編程經(jīng)驗，才能避免生成龐大的、效率低的程序，所有現(xiàn)在所有的

98、對速度要求高的內(nèi)核程序都是用匯編編寫完成的。</p><p><b>　　4.3 編程軟件</b></p><p>　　4.3.1 C051編譯器介紹</p><p>　　現(xiàn)在比較流行的51系列編程軟件</p><p>　?。?）American Automation：編譯器通過#asm和endasm預處理選擇支持匯編語

99、言。</p><p>　　（2）IAR: 瑞典的IAR是支持分體切換的編譯器。</p><p>　?。?）Bso/Tasking：是Intel，LSI，Motorola，Philips，Simens和Texas Instruments嵌入式系統(tǒng)的配套軟件工具</p><p>　?。?）Dunfield Shareware：非專業(yè)的軟件包，不支持floats，long

100、s或結(jié)構(gòu)等</p><p>　　（5）KEIL：KEIL在代碼生成方面處于領先地位，可以產(chǎn)生最少的代碼。它支持浮點或長整數(shù)、重入和遞推。使用單片機模式，KEIL是最好的選擇</p><p>　?。?）Intermetrics：使用起來比較困難，要由可執(zhí)行的宏語句控制編譯、匯編和鏈接，且選項很多。</p><p>　　編譯器的算法技術支持（float和long）很重要

101、。生成代碼的大小比編譯速度重要，這里KEIL具有性能領先、緊湊的代碼和使用方便等優(yōu)點，所以本系統(tǒng)采用KEIL編譯器。</p><p>　　4.3.2 KEIL編譯器</p><p>　　KEIL開發(fā)工具套件可用于編譯C源程序、匯編源程序、鏈接和定位目標文件及庫，創(chuàng)建HEX文件以及調(diào)試目標程序。</p><p>　　（1）uVision2 for Windows:是一

102、個集成開發(fā)環(huán)境。它將項目管理、源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個強大功能的環(huán)境中。</p><p>　　（2）CX51國際標準優(yōu)化C交叉編譯器：從C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊。</p><p>　　（3）AX51宏匯編器：從8051匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊。</p><p>　?。?）BL51鏈接器/定位器：組合有CX51和AX51產(chǎn)生的可重定位的目標模塊，

103、生成絕對目標模塊。</p><p>　　（5）LIB51庫管理器：從目標模塊生成鏈接器可以使用的庫文件。</p><p>　　（6）OH51目標文件至HEX格式的轉(zhuǎn)換器：從絕對目標模塊生成Intel HEX文件。</p><p>　　（7）RTX-51實時操作系統(tǒng)：簡化了復雜的實時應用軟件項目的設計。</p><p><b>　　4

104、.4 單片機資料</b></p><p>　　單片微型計算機簡稱為單片機，有稱為微型控制器，是微型計算機的一個重要分支。單片機是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。80年代以來，單片機發(fā)展迅速，各類新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了許多高性能新型機種，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動化和各控制領域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。</p><p>

105、;<b>　　引腳功能： </b></p><p>　　MCS-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請參照----單片機引腳圖： </p><p>　　l P0.0~P0.7 P0口8位雙向口線（在引腳的39~32號端子）。 </p><p>　　l P1.0~P1.7 P1口8位雙向口線（在引腳的1~8號端子）。 </p

106、><p>　　l P2.0~P2.7 P2口8位雙向口線（在引腳的21~28號端子）。 </p><p>　　l P3.0~P3.7 P2口8位雙向口線（在引腳的10~17號端子）。</p><p>　　P0口有三個功能： </p><p>　　1、外部擴展存儲器時，當做數(shù)據(jù)總線（如圖1中的D0~D7為數(shù)據(jù)總線接口） </p>&l

107、t;p>　　2、外部擴展存儲器時，當作地址總線（如圖1中的A0~A7為地址總線接口） </p><p>　　3、不擴展時，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。 </p><p>　　P1口只做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 </p><p>　　P2口有兩個功能： </p><p>　　1、擴展

108、外部存儲器時，當作地址總線使用；</p><p>　　2、做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 </p><p>　　P3口有兩個功能： </p><p>　　除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設置，具體功能請參考我們后面的引腳說明。 </p><p>　　有內(nèi)部EPROM的單片機芯片（例如8751）

109、，為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的， </p><p>　　即：編程脈沖：30腳（ALE/PROG） </p><p>　　編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp） </p><p>　　接觸過工業(yè)設備的兄弟可能會看到有些印刷線路板上會有一個電池，這個電池是干什么用的呢？這就是單片機的備用電源，當外接電源下降到下限值時，

110、備用電源就會經(jīng)第二功能的方式由第9腳（即RST/VPD）引入，以保護內(nèi)部RAM中的信息不會丟失。 </p><p>　　在介紹這四個I/O口時提到了一個“上拉電阻”那么上拉電阻又是一個什么呢？他起什么作用呢？當作為輸入時，上拉電阻將其電位拉高，若輸入為低電平則可提供電流源；所以如果P0口如果作為輸入時，處在高阻抗狀態(tài)，只有外接一個上拉電阻才能有效。 </p><p>　　ALE/PROG

111、 地址鎖存控制信號：在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。（在后面關于擴展的課程中我們就會看到8051擴展 EEPROM電路， ALE與74LS373鎖存器的G相連接，當CPU對外部進行存取時，用以鎖住地址的低位地址，即P0口輸出。ALE有可能是高電平也有可能是低電平，當ALE是高電平時，允許地址鎖存信號，當訪問外部存儲器時，ALE信號負跳變（即由正變負）將P0口上低8位地址信