基于單片機(jī)的高樓恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

1、課程設(shè)計題目：基于單片機(jī)的高樓恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計本課程設(shè)計要求設(shè)計基于單片機(jī)的高樓恒壓供水系統(tǒng)。本設(shè)計根據(jù)目前單片機(jī)控制的恒壓控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，充分利用現(xiàn)代化新型、先進(jìn)的元器件和最新的智能控制理論與算法，將變頻調(diào)速技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)融合到一起，設(shè)計高樓恒壓供水智能控制系統(tǒng)。設(shè)計的高樓恒壓供水智能控制系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、節(jié)能效率高等特點。技術(shù)參數(shù)和設(shè)計任務(wù)：1、利用單片機(jī)STC89C52實現(xiàn)對水壓的控制，以實現(xiàn)恒壓的目的；2、為了使馬達(dá)轉(zhuǎn)速能夠根據(jù)不同的需求而改變，完成變頻電路的設(shè)計；3、完成水壓的顯示電路的設(shè)計，以顯示水壓；4、為了檢測高樓水壓，完成檢測電路的設(shè)計；5、為了能使控制電

2、路的穩(wěn)定運(yùn)行，完成PID算法等其他的設(shè)計。一、本課程設(shè)計系統(tǒng)概述1、基于單片機(jī)的高樓恒壓供水系統(tǒng)原理欲穩(wěn)定水壓，需構(gòu)成一個壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由單片機(jī)、變頻器等器件構(gòu)成。該自動控制系統(tǒng)通過安裝在水泵出口管上的遠(yuǎn)傳壓力變送傳感器，把出口壓力變成(05)V的模擬信號，經(jīng)過前置放大、多路切換、A/D變換成數(shù)字信號傳送到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)與給定參量進(jìn)行比較，得出調(diào)節(jié)參量，對進(jìn)行PID運(yùn)算后輸出控制信號，經(jīng)由D/A變換成模擬量作用到變頻器，控制其輸出頻率，以調(diào)節(jié)電機(jī)水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速，按實際用水量供水并使供水壓力恒定。單片機(jī)控制變頻調(diào)速供水系統(tǒng)控制原理如圖1所示。圖1 控制原理圖若0，則供水壓力小于設(shè)定值

3、，用水量增加造成供水壓力下降，單片機(jī)將通過計算提高變頻器的輸出頻率，從而使電機(jī)水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增加(n)，使供水壓力增加并恢復(fù)到設(shè)定值；如果0，則供水壓力大于設(shè)定值，說明用水量減少導(dǎo)致供水壓力上升，單片機(jī)通過計算控制變頻器使其輸出頻率下降，電機(jī)水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速下降，使供水壓力減小恢復(fù)到設(shè)定值。通過單片機(jī)控制水泵電機(jī)的狀態(tài)，實際壓力圍繞設(shè)定壓力值上下波動，保持供水壓力恒壓達(dá)到節(jié)能、恒壓之目的。為保證充足的水量供應(yīng)，本系統(tǒng)采用三臺水泵構(gòu)成的供水控制系統(tǒng)，具備同時控制三臺水泵的功能，如圖2所示。根據(jù)不同場合、不同需要可以采取三臺水泵同時運(yùn)行、二臺水泵同時運(yùn)行、一臺運(yùn)行一臺備用、一臺運(yùn)行二臺備用、定時換泵等多

4、種工作方式。水泵電機(jī)全部軟起動，以先起先停為原則；具有變頻器頻率顯示和實時壓力顯示；變頻器故障、遠(yuǎn)傳表故障或欠壓超時和水位報警指示：可設(shè)定上限保護(hù)壓力；可設(shè)定PID上升和下降周期及跟蹤周期；可設(shè)定泵的上電工作順序。圖2 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)由4部分組成，如圖3所示。圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖傳感器采用遠(yuǎn)傳壓力表，為壓阻器件，用于檢測水管道的壓力，并將水壓轉(zhuǎn)換為05V的模擬信號。控制部分由MCS-51系列單片機(jī)為核心部件。根據(jù)傳感器檢測到的水壓完成變頻器調(diào)速及泵組切換的控制.變頻調(diào)速部分是由空氣開關(guān)、交流接觸器、變頻調(diào)速器組成，為系統(tǒng)的動力電供給和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。水泵組部分包括三臺交流異步

5、電動機(jī)拖動的三臺離心式水泵。3、控制方案本設(shè)計介紹了單片機(jī)控制的高樓供水系統(tǒng)中硬件構(gòu)成、軟件設(shè)計，通過傳感器檢測水壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，輸入給單片機(jī)，與給定壓力值進(jìn)行比較，按PID控制算法對差值進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果輸出給變頻器，由變頻器改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的。在實際的應(yīng)用過程中，取得了良好的效果。該系統(tǒng)的優(yōu)點包括：(1)系統(tǒng)采用變頻器對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，調(diào)速范圍寬，頻率可以在低于或高于工頻頻率的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，從幾赫茲到幾百赫茲，具有很寬的調(diào)速范圍。(2)由于調(diào)速過程中轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)差率小，損耗小，效率高，所以節(jié)約電能。水壓的穩(wěn)定還可減少對管網(wǎng)的沖擊，提高供水的穩(wěn)定性和質(zhì)量。另

6、外該系統(tǒng)還可以推廣到管道輸油等方面。(3)采用單片機(jī)控制，變頻調(diào)速系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，可得到很高的控制精度。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計1、單片機(jī)簡介（1）單片機(jī)概述單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動電路(LCD或LDE驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個最小然而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地

7、完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機(jī)控制范疇無所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。（2）單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：1）在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度

8、、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。2）在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。3）在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣讓機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，丟無所不在。4）在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了

9、極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。5）單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。單片機(jī)按用途大體上可分為兩大類：1通用型單片機(jī)；2專用型單片機(jī)。專用型單片機(jī)是指用途比較專一，出廠時程序已經(jīng)一次性固化好，不能再修改的單片機(jī)。例如電子表里的單片機(jī)就是其中的一種。其生產(chǎn)成本很低。通

10、用型單片機(jī)的用途很廣泛，使用不同的接口電路及編制不同的應(yīng)用程序就可完成不同的功能。小到家用電器儀器儀表，大到機(jī)器設(shè)備和整套生產(chǎn)線都可用單片機(jī)來實現(xiàn)自動化控制。（3）單片機(jī)的發(fā)展趨勢現(xiàn)在可以說單片機(jī)是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到犯位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C5l系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢，大致有：1）低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出時的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低

11、，現(xiàn)在的各個單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。2）微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。3）主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單

12、片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。（4）STC89C52單片機(jī)STC89C52是一種低功耗低電壓、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個4K字節(jié)的Flash可編程可擦除只讀存儲器(EPROM)，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器(NURAM)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)與都MCS-51兼容。片內(nèi)的Flash存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器來編程。因為STC89C52是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價格合理的單片機(jī)，可方便地應(yīng)用在各種控

13、制領(lǐng)域。STC89C52具有下列主要性能：4KB可改編程序Flash存儲器(可經(jīng)受1，000次的寫入/擦除周期)；全靜態(tài)工作：0Hz24Mz；三級程序存儲器保密；128*字節(jié)內(nèi)部RAM；32條可編程I/O線；2個16位定時器/計數(shù)器；6個中斷源；可編程串行通道；片內(nèi)時鐘振蕩器等。STC89C52是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式空閑方式(Idle Mode)和掉電方式(Power Down Mode)。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作，在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被凍結(jié)，使一切功能都

14、暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。2、變頻器（1）變頻器簡介變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻的主要意義是指使馬達(dá)轉(zhuǎn)速能夠根據(jù)不同的需求而改變，以達(dá)到最適應(yīng)需求的目的。它通過對電流的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的自動調(diào)節(jié)，把50Hz的固定電網(wǎng)頻率改為30至130Hz的變化頻率。同時還使電源電壓范圍達(dá)到142V至270V，解決了由于電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定而影響電器工作的難題。變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波石電感。（2）

15、變頻器的應(yīng)用變頻調(diào)速能夠應(yīng)用在大部分的電機(jī)拖動場合，由于它能提供精確的速度控制，因此可以方便地控制機(jī)械傳動的上升、下降和變速運(yùn)行。變頻應(yīng)用可以大大地提高工藝的高效性(變速不依賴于機(jī)械部分)，同時可以比原來的定速運(yùn)行電機(jī)更加節(jié)能。使用變頻調(diào)速的好處如下：1、控制電機(jī)的啟動電流；2、降低電力線路電壓波動；3、啟動時需要的功率更低；4、可控的加速功能；5、可調(diào)的運(yùn)行速度；6、可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限；7、受控的停止方式；8、節(jié)能；9、可逆運(yùn)行控制；10、減少機(jī)械傳動部件。目前，變頻調(diào)速給水在建筑給水中應(yīng)用越來越廣，其主要原因是：1)變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水壓力的需要。2)目前，變頻器

16、技術(shù)已很成熟，在市場上有很多國內(nèi)外品牌的變頻器，這為變頻調(diào)速供水提供了充分的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。變頻器已在國民經(jīng)濟(jì)各部門廣泛使用。任何品牌的變頻器與單片機(jī)配合，可實現(xiàn)多泵并聯(lián)恒壓供水。3)變頻調(diào)速恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果。交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n可以用下式表示： (1)式中f定子供電電源的頻率；p電動機(jī)的極對數(shù)；S異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率。由式(l)可見，當(dāng)平滑地改變異步電動機(jī)的供電頻率f時，即可改變電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n。根據(jù)水泵的相似原理： (2) (3) (4)式中的Q、H、P、n分別為水泵的流量、揚(yáng)程、軸功率和轉(zhuǎn)速。由式(2)、式(3)、式(4)可知，基于轉(zhuǎn)速控制比基于流量控制可以大幅度降低軸功

17、率。3、傳感器簡介（1）傳感器的基本概念傳感器能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。在科學(xué)研究和基礎(chǔ)研究中，傳感器能獲取人類感官無法獲得的大量信息。如利用傳感器和傳感技術(shù)，可以觀察到(-10)cm的微粒;能測量(-24)s的時間；一艘宇宙飛船可以看作是一個高性能傳感器的集合體，可以捕捉和收集宇宙之中的各種信息：一輛小轎車上所用的傳感器有百余種之多，利用傳感器可以測量油溫、水溫、水壓、流量、排氣量、車速、姿態(tài)等。（2）傳感器的分類1）根據(jù)輸入物理量可分為：位移傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器及氣敏傳感器等。2）根據(jù)工作原理可分

18、為：電阻式、電感式、電容式及電勢式等。3）根據(jù)輸出信號的性質(zhì)可分為:模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。即模擬式傳感器輸出模擬信號，數(shù)字式傳感器輸出數(shù)字信號.4）根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理可分為：有源傳感器和無源傳感器。有源傳感器將非電量轉(zhuǎn)換為電能量，如電動勢、電荷式傳感器等;無源程序傳感器不起能量轉(zhuǎn)換作用，只是將被測非電量轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的量，如電阻式、電感式及電容光煥發(fā)式傳感器等。（3）傳感器的選用原則現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個量的測量時首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成

19、敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。1）根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型要進(jìn)行一項具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測盆的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題:量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。2）靈敏度的選擇通常，在傳感器

20、的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器;如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。3）頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有一定延遲，希望延遲時間越短越

21、好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。4）線性范圍傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極

22、大的方便。5）穩(wěn)定性傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗。6）精度精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量

23、系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。4、系統(tǒng)硬件設(shè)計（1）系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本控制器的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示，分為輸入、主機(jī)、輸出三個模塊。圖4 硬件框圖1）輸入模塊輸入模塊采用一片8通道8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0831。水壓設(shè)定和水壓均為0-5V電壓信號。2）主機(jī)模塊主機(jī)模塊包括STC89C52為核心部件的智能控制單元。STC89C52本身有4K EPROM，所以不用外擴(kuò)EPROM。3）輸出模塊輸出模塊包括PWM濾波輸出、報警輸出和繼電器

24、組的控制。PWM電路如圖5所示，輸出的模擬電壓信號為0-5V，以調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制水壓。圖5 PWM濾波電路繼電邏輯控制在單片機(jī)控制或手動操作系統(tǒng)作用下，使電機(jī)水泵機(jī)組工作在變頻或工頻狀態(tài)下，即實現(xiàn)電機(jī)水泵機(jī)組工作狀態(tài)的切換。4）抗干擾措施與互鎖保護(hù)接口與過程通道是單片機(jī)與外部設(shè)備、被控對象進(jìn)行信息交換的渠道，對于接口和過程通道侵入的噪聲主要是因為公共地線引起，其次，在信號微弱和傳輸線路較長時還會受到靜電噪聲和電磁噪聲的干擾。雙絞線抗共模噪聲能力強(qiáng)，可作為接口用連接線，為集成電路與驅(qū)動器之間的連線。使用光電隔離電路，當(dāng)組件之間接地電位有差值時，或在噪聲電平高的地方，光電耦合器作為數(shù)字量、

25、開關(guān)量的隔離電路用于開關(guān)接口，能收到很好的效果。光電耦合電路如圖6所示：圖6 光電耦合電路采用555定時器設(shè)計一個“WatchDog”電路監(jiān)督程序的正常運(yùn)行，然后采用組合邏輯電路進(jìn)行互鎖保護(hù)，使任意時刻變頻器只驅(qū)動一臺水泵電機(jī)工作，任意時刻水泵電機(jī)只工作在變頻或工頻一種狀態(tài)，保證變頻器的安全運(yùn)行。（2）機(jī)型及器件選擇在單片機(jī)高樓供水系統(tǒng)中將用STC89C52來完成控制功能?，F(xiàn)在世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到犯位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C5l系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地?？梢灶A(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢，大致有：1）

26、低功耗CMOS化2）微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上。3）主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流。STC89C52是一種低功耗低電壓、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個4K字節(jié)的Flash可編程可擦除只讀存儲器(EPROM)，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器(NURAM)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)與都MCS-51兼容。片內(nèi)的Flash存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)

27、的非易失性存儲器來編程。STC89C52具有下列主要性能：4KB可改編程序Flash存儲器(可經(jīng)受1，000次的寫入/擦除周期)；全靜態(tài)工作：0Hz24Mz；三級程序存儲器保密；128*字節(jié)內(nèi)部RAM；32條可編程I/O線；2個16位定時器/計數(shù)器；6個中斷源；可編程串行通道；片內(nèi)時鐘振蕩器等。STC89C52是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式空閑方式(Idle Mode)和掉電方式(Power Down Mode)。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作，在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被凍

28、結(jié)，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。（3）硬件設(shè)計電路原理1）CPU的引腳本系統(tǒng)控制電路所采用的單片機(jī)是STC89C52，它是40引腳，DIP封裝的集成電路芯片。隨著半導(dǎo)體工藝的成熟和生產(chǎn)的工業(yè)化，使它的價格越來越低，是經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)首選機(jī)型。STC89C52具有豐富的I/O接口，內(nèi)置定時計數(shù)器和中斷系統(tǒng)。CPU的引腳如圖7各引腳分布和功能如下：A、主電源引腳單片機(jī)能夠工作，需要電能，就少不了通過一個引腳給單片機(jī)提供電源。單片機(jī)使用的是+5V電源，在本系統(tǒng)中，有專門的輔助電源，產(chǎn)生+5V電壓，從40腳VCC接入，一般要接+5V電源，加引腳是一個接地引腳。單片機(jī)是

29、一種時序電路，只有在提供脈沖信號的作用下，才能正常工作。因為不同用戶對單片機(jī)的速度要求的不一樣，因此在單片機(jī)的內(nèi)部，并沒有集成晶體振蕩器，而由用戶根據(jù)具體的控制情況和要求選擇外接。但外接的晶體振蕩器的振蕩信號，還不足以驅(qū)動單片機(jī)內(nèi)部的時鐘電路，因此，在STC89C52的內(nèi)部，都設(shè)計一個高增益的放大器將外接的晶體振蕩器產(chǎn)生的信號放大。在原理圖的18和19引腳，X2和Xl就分別是放大器的輸入和輸出端。在本系統(tǒng)中，我們選用單片機(jī)的振蕩周期為6MHZ。所以，采用外接6MHZ晶體振蕩器，同時外加22PF電容，構(gòu)成時鐘振蕩。圖7 CPU引腳單片機(jī)是一種時序電路，只有在提供脈沖信號的作用下，才能正常工作。因

30、為不同用戶對單片機(jī)的速度要求的不一樣，因此在單片機(jī)的內(nèi)部，并沒有集成晶體振蕩器，而由用戶根據(jù)具體的控制情況和要求選擇外接。但外接的晶體振蕩器的振蕩信號，還不足以驅(qū)動單片機(jī)內(nèi)部的時鐘電路，因此，在STC89C52的內(nèi)部，都設(shè)計一個高增益的放大器將外接的晶體振蕩器產(chǎn)生的信號放大。在原理圖的18和19引腳，X2和Xl就分別是放大器的輸入和輸出端。在本系統(tǒng)中，我們選用單片機(jī)的振蕩周期為6MHZ。所以，采用外接6MHZ晶體振蕩器，同時外加22PF電容，構(gòu)成時鐘振蕩。B、I/O口STC89C52有強(qiáng)大的110接口分別是P0.0-0.7，Pl.0-1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7，一共有32個

31、引腳，這32個引腳都可以作為輸入/輸出用，這32個引腳，就構(gòu)成了STC89C52的4個并行I/O接口，完成數(shù)據(jù)的傳送和控制。C、控制信號引腳ALE：地址鎖存允許輸出信號。當(dāng)單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展后，如果外接了外部存儲器，那么在訪問外部存儲器時，就需要輸出16位的地址信號，用來選中某一個存儲單元.單片機(jī)必須要用16根線來送出這16位地址。這就要用到P0、P2這兩個口，P0輸出地址的低8位，P2口輸出地址的高8位，這是引腳的第二功能。單片機(jī)就根據(jù)這個16位地址來訪問外部存儲器，從這個單元讀出的數(shù)據(jù)與將要寫入這個單元的數(shù)據(jù)都要從P0口輸入、輸出。這樣一來，P0口不僅要輸出地址的低8位，還要輸入輸出要讀寫

32、的數(shù)據(jù)，是一個數(shù)據(jù)地址的復(fù)用口。那么P0口上的信號什么時候是地址，什么時候又是數(shù)據(jù)呢？這就需要用一個信號加以定義，這個信號就是ALE信號。規(guī)定ALE高電平期間，P0口上如果出現(xiàn)信息就作為地址信息；在低電平的時候，如果有信息就作為數(shù)據(jù)信息。但我們知道，要訪問一個存儲單元，比如將一個數(shù)據(jù)寫入某個存儲單元，地址信息和數(shù)據(jù)信息要同時有效。而P0口本身在輸出、輸入數(shù)據(jù)時肯定不能保存地址，所以要提供一個地址鎖存器。利用在ALE引腳輸出脈沖的下降沿，將P0口上地址信息鎖存到地址鎖存器中。而在ALE低電平期間的數(shù)據(jù)信息不需要鎖存。這樣就實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。對于P2口，并不是數(shù)據(jù)、地址分時復(fù)用的，就不需要

33、這樣的地址鎖存信號了。ALE信號是以晶體振蕩頻率的六分之一的固定頻度周其性出現(xiàn)的正脈沖信號。每出現(xiàn)一次，就意味著CPU要進(jìn)行一次從程序存儲器取指令字節(jié)的操作。即使不訪問外部存儲器，也會在ALE引腳上以同樣的頻率了同現(xiàn)正脈沖。因此可以將這個正脈沖作為外部時鐘或外部定脈沖使用。RST：復(fù)位信號，用于單片機(jī)的初始化操作。：外部程序存儲器讀信號(存儲器輸出允許信號)。從片外程序存儲器讀取指令或常數(shù)時，用于命令程序存儲器做輸出動作。每個機(jī)器周期內(nèi)信號激發(fā)兩次，和ALE配合。但要注意的是，在訪問片內(nèi)程序存儲器和訪問數(shù)據(jù)存儲器時，并不激發(fā)信號。比如用MOVC指令從外部程序存儲器中讀數(shù)據(jù)時，要產(chǎn)生信號。當(dāng)使用

34、8031等沒有內(nèi)部程序存儲器的單片機(jī)時，因為要從外接的程序存儲器中讀取指令并加以執(zhí)行，因此，就算不執(zhí)行MOVC指令時，也會激發(fā)信號。：內(nèi)部和外部程序存儲器的訪問控制信號。當(dāng)為高電平時，既可訪問片內(nèi)程序存儲器，也可訪問外部的程序存儲器。這就取決于PC值的大小。若PC值在內(nèi)部程序存儲器的容量范圍內(nèi)，就訪問內(nèi)部的程序存儲器。反之，若PC值超出內(nèi)部程序存儲器的容量范圍，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。所以當(dāng)為高平時，如果地址小于4K(對于8051、8751、STC89C52來說，內(nèi)部有4K的程序存儲器)，訪問內(nèi)部程序存儲器，地址大于K4時訪問外部程序存儲器。當(dāng)為低電平時，只訪問外部程序存儲器，而不管

35、是否存在內(nèi)部程序存儲器。在本系統(tǒng)設(shè)計中，用STC89C52芯片，使用的是它內(nèi)部的程序存儲器，因此將引腳接高電平。所以，在31引腳，加+5V高平，使用內(nèi)部程序存儲器。如果使用原來的8031芯片，那么就必須接地，強(qiáng)制單片機(jī)機(jī)去訪問外接的程序存儲器。不這樣的話，如果這個引腳出現(xiàn)高電平，并且當(dāng)PC值大小4K時，單片機(jī)就會尋找內(nèi)部程序存儲器，但由于8031內(nèi)部沒有程序存儲器，就勢必導(dǎo)致程序運(yùn)行出錯。2)單片機(jī)引腳信號的第二功能由于工藝及標(biāo)準(zhǔn)化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限的。MCS-51系列把芯片引腳數(shù)目定為40個，但單片機(jī)為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個數(shù)。那么如何才能解決這個供需矛盾呢？正像

36、有的人為了增加收入，要做一些兼職工作。單片機(jī)也同樣如此，當(dāng)引腳數(shù)量有限時，“兼職”是唯一可行的辦法，即給其中的一些信號引腳賦以雙重功能。對于同一系列中各種型號的單片機(jī)，其此腳的基本功能是相同的，所不同的是引腳的第二功能。有的引腳的第二功能比它的第一功能還有用，有時可以不利用它的基本功能，但是不能沒有它的第二功能。缺少了它的第二功能，單片機(jī)甚至還不能工作呢。A、I/O口的第二功能P0P3口的基本功能都是作為通用的雙向I/O口，它們的第二功能分別如下：P0口：第二功能是在訪問外部存儲器時，用于分時使用的低8位地直輸出和8位數(shù)據(jù)總線的輸入/輸出。Pl口：只有在52子系列中，P1.0和P1.1具有第二

37、功能。在51子系列中，Pl口就作為通用的陽口使用。P2：口:第二功能是在訪問外部存儲器時，輸出高8位地址。P3：在51單片機(jī)中，P3口的8引腳都具有特定的第二功能，而且都是很重要的功能。表1給出了P3口的第二功能。表1 P3口的第二功能引腳信號第二功能P3.0RXD串行接收時，串行數(shù)據(jù)的輸入口P3.1TXD串行接收時，串行數(shù)據(jù)的輸入口P3.2外部中斷0的中斷請求輸入端P3.3外部中斷1的中斷請求輸入端P3.4T0定時器0作為外部計數(shù)時，外部計數(shù)脈沖輸入端P3.5T1定時器1作為外部計數(shù)時，外部計數(shù)脈沖輸入端P3.6訪問外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號輸入端P3.7訪問外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號輸入端單片機(jī)各端口

38、的第二功能完全是自動的，不需要用指令來轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是、信號，當(dāng)單片機(jī)外接RAM或有外部如口時，它們被用作第二功能，它們就自動充當(dāng)著傳輸“寫”或“讀”信號的作用，不能作為通用I/O口時，也就是說，只要CPU執(zhí)行到MOVX指令，就會有相應(yīng)的信號從P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令說明。P3口的第二功能信號都是單片機(jī)的重要控制信號.因此在實際使用時，都是按需要選用其第二功能信號，剩下的才以第一功能的身份做數(shù)據(jù)的I/O使用。在本系統(tǒng)中，我們采用P3口，完成了一系列控制，比如，缺相指示信號，用從P3.0輸出，缺相輸入信號，從P3.2輸入等。B、EPROM程序存儲器固化所需要的信號

39、在使用內(nèi)部有EPROM的單片機(jī)芯片時，為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號是由第二功能的形式提供的。Vpp：它與引腳復(fù)用，EPROM型單片機(jī)進(jìn)行EPROM編程時，光是+5V的電壓肯定是不夠的，應(yīng)該提供電壓更高的電源。此引腳可接收+25V的編程電源電壓。：光有編程電壓還不夠，它只是能量來源，程序代碼的數(shù)據(jù)肯定還需要一個“門”進(jìn)入到單片機(jī)內(nèi)部，這個“門”就是引腳，它與ALE引腳復(fù)用，在進(jìn)行EPROM編程時，用于輸入編程脈沖。在實際應(yīng)用中，我們要把編好的程序，用編程器寫到單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲器中，編程器中就使用了這兩個信號，只不過這兩個信號在編程器中已經(jīng)連接好，不用我們再去線。C、備用

40、電源輸入Vpd：在計算機(jī)運(yùn)行過程中，可能會遇到停電，這導(dǎo)致一些不良后果，如沒有保存的數(shù)據(jù)丟失。為了防止這種情況，要用UPS電源系統(tǒng)，它是為了計算機(jī)在系統(tǒng)掉電期間提供的后備電源，用來完成一些如存盤等緊急操作.單片機(jī)也是這樣，如果沒有后備電源，單片機(jī)在掉電期間就會丟失一些重要的中間數(shù)據(jù)(當(dāng)然程序代碼不會丟失)。這個后備電源引腳就是Vpd，與RST引腳復(fù)用。在Vcc掉電期間，如果此引腳上接備用電源，一旦Vcc發(fā)生故障、電位突然下降到低于規(guī)定的電平，或者斷電了，而Vpd又在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，單片機(jī)就會自動通過Vpd向內(nèi)部RAM供電，使RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。D、復(fù)位引腳和復(fù)位電路壓任何計算機(jī)在工作之前都

41、要有個復(fù)位的過程。對單片機(jī)來說，復(fù)位的時候，CPU也沒有開始執(zhí)行程序，只是在做準(zhǔn)備工作。計算機(jī)的復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始進(jìn)行工作。計算機(jī)無論是在剛開始通電時、斷電后，還是系統(tǒng)出現(xiàn)故障都需要復(fù)位。a、單片機(jī)復(fù)位條件單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的。在單片機(jī)引腳中有一個復(fù)位引腳RST，只要在單片機(jī)的RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平就可以完成復(fù)位了。這個時間很短，很容易滿足。為了確保復(fù)位，這個時間一般要延長，大約在10ms以上就可以了。b、常見的復(fù)位電路可以用很多種方法進(jìn)行復(fù)位.比如PC機(jī)有兩種啟動方式:冷啟動和熱啟動，實際上就對應(yīng)了兩

42、種不同的復(fù)位方式：一個是在計算機(jī)沒有工作的前提下，通過給計算機(jī)加電實現(xiàn)復(fù)位；另一個是在計算機(jī)已經(jīng)正常工作的情況下，通過復(fù)位鍵RESTE或重新啟動計算機(jī)實現(xiàn)復(fù)位。同樣單片機(jī)的復(fù)位按原理一般也可分成上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種。STC89C52的第9引腳是復(fù)位引腳，在晶振頻率選用6MHz，C取22F，R1取8K左右。上電自動復(fù)位電路是利用電容充電來實現(xiàn)復(fù)位的。電容的性是隔直流、通交流。在單片機(jī)接通電源的瞬間，電源相當(dāng)于一個交流電、電容兩端相當(dāng)短路，RESTE端的電位與Vcc相同，都是+5V。隨著RC電路的充電，RESET的電位就會逐漸下降，只要保證RESTE為高電平的時間大于10ms就能正常復(fù)位

43、了。當(dāng)單片機(jī)正常工作時，STC89C52的9腳，維持一個高電平(+5V)。E、本系統(tǒng)中P0P3口輸入、輸出信號檢測信號和控制信號的功能和狀態(tài)：系統(tǒng)的顯示部分采用4片74L5164驅(qū)動LED，LED顯示方式為靜態(tài)顯示方式。使用STC89C52的串行通訊口TXD、RXD，串行口工作于方式0，即移位寄存器方式。93C46為串行EEPROM，用于保存開機(jī)設(shè)定時的原始參數(shù)，這樣當(dāng)系統(tǒng)掉電時，設(shè)定的數(shù)據(jù)能永久保存，再開機(jī)上電時無需再重新設(shè)定參數(shù)，即可以運(yùn)行于掉電前的狀態(tài)。采用NE555組成硬件定時復(fù)位電路，可以有效防止程序死機(jī)現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)抗干擾性能。復(fù)位電路每1s向STC89C52的RESTE端發(fā)出復(fù)

44、位信號。根據(jù)程序的需要，通過8951的P0.4可以隨時控制復(fù)位電路的起動和停止，當(dāng)P3.4=0時，NE555的2引腳為低電平，停止復(fù)位；當(dāng)P0.4=0時，NE555的2引腳為高電平，起動復(fù)位。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，外接了RC電路，用于開機(jī)上電時清零74LS273的輸出端，可以防止繼電器的誤動作，對變頻器起到保護(hù)作用，同時在報警輸入端與CPU之間采用光耦隔離，以消除外部干擾。由于系統(tǒng)要求的響應(yīng)速度并不快，因此，系統(tǒng)A/D輸入采用8位串行ADC0831逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這樣可以節(jié)省ST

45、C89C52的I/O口，并可降低成本。D/A輸出采用了光耦隔離式D/A輸出，在報警輸入端與CPU之間也采用了光耦隔離，以消除外部干擾。這樣現(xiàn)場模擬量信號經(jīng)8951單片機(jī)運(yùn)算后，向變頻器發(fā)出控制信號，改變變頻器的輸出頻率，從而改變水泵電機(jī)的速度。3)單片機(jī)變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單片機(jī)變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖8所示：圖8 單片機(jī)變頻恒壓供水系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖通過傳感器采樣的水壓信號經(jīng)數(shù)字濾波，經(jīng)光電耦合送到10位A/D轉(zhuǎn)換單元ADC0831，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由STC89C52的P2口輸入CPU，同輸入的設(shè)定值比較，PID調(diào)整處理后，得到變頻器的更新數(shù)據(jù)，運(yùn)行結(jié)果由P3.3輸出，輸出給D/A轉(zhuǎn)換單元，用線性

46、光電耦合放大轉(zhuǎn)化為420mA的標(biāo)準(zhǔn)電流，送至變頻器，從而控制電機(jī)的運(yùn)行。鍵盤和報警輸入由P0口輸入。當(dāng)水源缺水時，單片機(jī)控制電機(jī)停機(jī)；當(dāng)電源電壓、欠壓、斷相時，電流增大，引起電動機(jī)過熱，會損壞電機(jī)，電源電壓檢測信號通過P0口輸入，單片機(jī)控制電機(jī)停機(jī)。LED顯示由P3口輸出，LED可顯示管網(wǎng)水壓、變頻器的出頻率、工作水泵的數(shù)量、各水泵的累計工作時間及控制參數(shù)等。三、軟件設(shè)計1、PID控制算法對變頻器頻率的調(diào)節(jié)采用PID調(diào)節(jié)方法，PID控制算法就是對偏差的比例、積分和微分。它是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟，應(yīng)用最廣泛的一種算法。特別是在工業(yè)中，由于控制對象的精確數(shù)學(xué)模型難以建立，系統(tǒng)參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化，人們

47、常采用PID控制算法。PID調(diào)節(jié)是較成熟的傳統(tǒng)控制方法。數(shù)學(xué)表達(dá)式為： (5)離散化后可以用計算機(jī)很方便地實現(xiàn)，其位置式PID控制律的數(shù)學(xué)表達(dá)式可表示為： (6)其中：，和分別為比例系數(shù)，積分系數(shù)和微分系數(shù)；e(j)為第j次采樣的誤差值；T為采樣周期。實際應(yīng)用中，我們選擇增量式PID控制律，其控制算法表達(dá)式為：y(n)=y(n-1)+ (7)其中即 公式(7)就是實際的計算機(jī)PID調(diào)節(jié)算法。為了獲得良好的控制效果，上述三個系數(shù)應(yīng)根據(jù)實際的供水系統(tǒng)的不同情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。2、編程思路根據(jù)以上硬件系統(tǒng)要求，系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計，該系統(tǒng)應(yīng)用程序由主程序、子程序模塊和中斷服務(wù)程序等組成。系統(tǒng)應(yīng)用程

48、序采用結(jié)構(gòu)化模塊設(shè)計，從功能上看，主要包括：主程序、鍵盤掃描程序、顯示程序、報替程序、PID調(diào)節(jié)、水泵控制、故障檢測等。主程序首先完成系統(tǒng)硬件的初始化任務(wù)，包括堆棧指針、特殊功能寄存器、擴(kuò)展接口8155及數(shù)據(jù)區(qū)和標(biāo)志位等的初始參數(shù)設(shè)置，然后調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序，將采樣獲得的現(xiàn)場數(shù)據(jù)或由鍵盤輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)制變換及標(biāo)度處理，最終環(huán)節(jié)調(diào)用顯示子程序供用戶觀察。PID調(diào)節(jié)模塊由1號定時器中斷進(jìn)入該模塊，單片機(jī)將設(shè)定值與采樣值進(jìn)行比較，完成PID運(yùn)算并將現(xiàn)行輸出值送到輸出寄存器，由2號定時器中斷時進(jìn)行PWM轉(zhuǎn)換，改變變頻器的輸出頻率，控制水泵轉(zhuǎn)速。報警檢測模塊，完成管網(wǎng)壓力，水位和變頻器及水泵運(yùn)行故障的

49、報替任務(wù)。水泵控制模塊：水泵的控制有三種方式。方式1：系統(tǒng)僅使用一臺水泵變頻運(yùn)行，單片機(jī)檢測軟件定時器狀態(tài)，間隔24小時自動進(jìn)行水泵切換；方式2：當(dāng)水泵運(yùn)行到50赫茲，而管網(wǎng)壓力還低于設(shè)定值，則1號泵降速，2號泵工頻啟動，兩臺泵同時運(yùn)行。反之，則1號泵升速，2號泵停止運(yùn)行；方式3：與方式2類似，區(qū)別是不直接工頻啟動2號泵，而是1號泵投入工頻運(yùn)行，再軟啟動2號泵，電流沖擊小，可節(jié)省降壓啟動器。3、程序流程圖主程序流程如圖9所示，PID控制算法的程序框圖如圖10所示。圖9 主程序流程圖圖10 PID控制算法的程序流程圖四、小結(jié)學(xué)期專業(yè)方向課程設(shè)計，老師命題，學(xué)生可以選擇老師的題目也可以自己命題。趣

50、味性強(qiáng)，同時也可以學(xué)到很多東西。我認(rèn)為，在這學(xué)期的專業(yè)方向課程設(shè)計中，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實踐，再學(xué)習(xí)、再實踐。不管怎樣，這些都是一種鍛煉，一種知識的積累，能力的提高。完全可以把這個當(dāng)作基礎(chǔ)東西，只有掌握了這些最基礎(chǔ)的，才可以更進(jìn)一步，取得更好的成績。很少有人會一步登天吧。永不言棄才是最重要的。而且，這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事