劉 順 蘇紅蓮

（成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 中國(guó) 成都 610059）

基于單片機(jī)的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉 順 蘇紅蓮

（成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 中國(guó) 成都 610059）

本設(shè)計(jì)是在深入研究當(dāng)前多種恒壓供述控制系統(tǒng)方案基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出“定頻副電機(jī)+變頻主電機(jī)+低端MCU”的低成本高效恒壓供水方案。本設(shè)計(jì)通過(guò)控制變頻器的輸出頻率從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，供水控制系統(tǒng)自動(dòng)處與穩(wěn)定的壓力值。

恒壓 高效 水泵轉(zhuǎn)速 變頻器

1.1 研究背景與現(xiàn)狀

隨著社會(huì)的迅速的發(fā)展，水對(duì)人們的生產(chǎn)和生活的影響越來(lái)越大，人們對(duì)供水的安全可靠性要求越來(lái)越高?；趩纹瑱C(jī)的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)是把先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于給水領(lǐng)域，采用自動(dòng)控制原理實(shí)現(xiàn)對(duì)供水壓力的連續(xù)監(jiān)督與控制，提高供水質(zhì)量，降低能耗。

1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

本系統(tǒng)主要以單片機(jī)為核心模塊，通過(guò)控制變頻器的輸出功率從而自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到供水管網(wǎng)水壓的閉環(huán)控制調(diào)節(jié)，使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒壓于設(shè)定的壓力值，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。即用水量增加時(shí)，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大；用水量減少時(shí)，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量相應(yīng)減小。本次設(shè)計(jì)設(shè)置高壓為3.0P，低壓為2.0P，當(dāng)壓力值低于2.0P時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)，低于1

.0P時(shí)啟動(dòng)三臺(tái)電機(jī)，當(dāng)壓力值高于3.0P時(shí)，一臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)，且轉(zhuǎn)速減小。

2. 頻恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

單片機(jī)是一種集成度很高的微型計(jì)算機(jī)，單片機(jī)以其體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、高可靠性及高抗干擾能力及高性能價(jià)格比等特點(diǎn)，廣泛用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。

恒壓供水的基本原理是通過(guò)傳感器檢測(cè)供水管道內(nèi)水壓，如果水壓高于設(shè)定上限，則降低轉(zhuǎn)速。如果水壓低于下限值，則提高電機(jī)轉(zhuǎn)速。居于兩者之間則不做任何操作。傳感器輸出的電壓值一般為電壓信號(hào)，在本設(shè)計(jì)中使用一個(gè)電位器來(lái)模擬傳感器。對(duì)電壓信號(hào)的采集選擇ADC0832。在實(shí)際中電機(jī)調(diào)速一般是選擇三相變頻器。限于條件，本設(shè)計(jì)只能用三個(gè)直流電機(jī)來(lái)模擬三臺(tái)泵，因此選擇適合于直流電機(jī)的PWM方式來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

圖2 單片機(jī)的變頻恒壓調(diào)速系統(tǒng)原理框圖

3. 片機(jī)硬件電路的設(shè)計(jì)

傳感器輸出的電壓值一般為電壓信號(hào)在本設(shè)計(jì)中使用一個(gè)電位器來(lái)模擬傳感器。對(duì)電壓信號(hào)的采集選擇ADC0832。在實(shí)際中電機(jī)調(diào)速一般是選擇三相變頻器。限于條件，本設(shè)計(jì)只能用三個(gè)直流電機(jī)來(lái)模擬三臺(tái)泵，因此選擇適合于直流電機(jī)的PWM方式來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

3.1 水管壓力測(cè)量模塊

在實(shí)際應(yīng)用中，用傳感器檢測(cè)供水管道的壓力， 如果水壓高于設(shè)定值，則降低轉(zhuǎn)速；如果水壓低于設(shè)定值，則提高轉(zhuǎn)速。傳感器輸出的電壓值一般為電壓信號(hào)，限于設(shè)計(jì)條件，本次設(shè)計(jì)采用一個(gè)電位器來(lái)模擬傳感器。調(diào)節(jié)電阻值的大小，即可改變電壓的大小，從而模擬管道水壓的改變。

3.2 電機(jī)控制模塊

壓力傳感器將壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后送入到單片機(jī)，如果壓力和設(shè)定值有偏差，單片機(jī)將控制變頻器使壓力值穩(wěn)定。本次設(shè)計(jì)中，限于條件，用三臺(tái)直流電機(jī)來(lái)模擬三臺(tái)水泵，用適用于直流電機(jī)的PWM方式來(lái)控制。脈寬調(diào)制(PWM)基本原理:控制方式就是對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。

圖4 .1 電機(jī)控制模塊

4. 壓供水控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

主程序流程圖

5 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試

在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框架完成以后就行了一系列的調(diào)試與優(yōu)化，在實(shí)驗(yàn)室做了一天時(shí)間的優(yōu)化和調(diào)試。調(diào)試的內(nèi)容包括，液晶是否正常顯示，按鍵是否正常工作，調(diào)節(jié)可變電阻電機(jī)是否按相應(yīng)要求工作，解決我們想到的供水問(wèn)題，以免在實(shí)際供水工程中，給用戶造成不便。

[1]何立民：MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，北京航空航天大學(xué)出版社，1990，

[2]秦進(jìn)平、官英雙：基于單片機(jī)的恒壓供水系統(tǒng)，黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，

[3]杜金城，電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù)[M]。中國(guó)電力出版社。2001

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1007-6344（2015）12-0148-01