基于51单片机的恒压供水系统.doc

1、成绩：评阅： 新型单片机应用讲座期末考查设计报告题目：基于51单片机的恒压供水系统 班级：姓名： 学号：第一章 引言1.1 变频恒压供水系统主要特点1.节能，可以实现节电20%40%，能实现绿色省电。2.占地面积小，投资少，效率高。3.配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。4.运行合理，由于是软启和软停，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减小了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大提高。5.由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病。6.通过通信控制，可以实现五人职守，节约了人力物力。1.2 恒压供水设备的主要应用场合1.高层建筑

2、，城乡居民小区，企事业等生活用水。2.各类工业需要恒压控制的用水场合，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等。3.中央空调系统。4.自来水厂增压系统。5.农田灌溉，污水处理，人造喷泉。6.各种流体恒压控制系统。第二章 变频恒压调速供水系统的工作原理根据现场生产的实际状况，白天一般只需开动一台水泵，就能满足生产生活需要，小机工频运行作恒速泵使用，大机变频运行作变量泵；晚上用水低峰时，只需开动一台大机就能满足供水需要，因此可以采用一大一小搭配进行设计，即把1#水泵电机（160KW）和2#水泵电机（220KW）为一组，自动控制系统可以根据运行时间的长短来调整选择不同的机组运行。分析自动控制系统机组（1

3、#、2#水泵机组）工作过程，可分为以下三个工作状态：（1）1#电机变频启动；（2）1#电机工频运行，2#电机变频运行；（3）2#电机单独变频运行，一般情况下，水泵电机都处于这三种工作状态中，当管网压力突变时，三种工作状态就要发生相应变换，因此这三种工作状态对应着三个切换过程。1. 切换过程1#电机变频启动，频率达到50Hz，1#电机工频运行，2#电机变频运行。系统开始工作时，管网水压低于设定压力下限P。按下相应的按钮，选择机组运行，在PLC可编程控制器控制下，KM2得电，1#电机先接至变频器输出端，接着接通变频器FWD端。变频器对拖动1#泵的电动机采用软启动，1#电机启动，运行一段时间后，随着

4、运行频率的增加，当变频器输出频率增至工频f0可编程控制器发出指令，接通变频器BX端，变频器FWD端断开，KM2失电，1#电机自变频器输出端断开，KM1得电，1#电机切换至工频运行，1#电机自变频器输出端断开，KM1得电1#电机切换至工频运行。1#电机工频运行后，开启1#泵阀门，1#泵工作在工频状态。接着KM3得电，2#电机接至变频器输出端，接通变频器FWD端，变频器BX端断开，2#电机开始软启动，运行一段时间后，开启2#泵阀门，2#水泵电机工作在变频状态。从而实现1#水泵由变频切换至工频电网运行，2#水泵接入变频器并启动运行，在系统调节下变频器输出频率不断增加，直到管网水压达到设定值（PiPP

5、m）为止。2. 切换过程由1#电机工频运行，2#电机变频运行转变为2#电机单独变频运行状态。当晚上用水量大量减少时，水压增加，2#水泵电机在变频器作用下，变频器输出频率下降，电机转速下降，水泵输出流量减少，当变频器输出频率下降到指定值fmin，电机转速下降到指定值，水管水压高于设定水压上限Pk时（2#电机，f=fmin，PPk），在PLC可编程控制器控制下，1#水泵电机在工频断开，2#水泵继续在变频器拖动下变频运行。3切换过程由2#电机变频运行转变为2#电机变频停止，1#电机变频运行状态。当早晨用水量再次增加时，2#电动机工作在调速运行状态，当变频器输出频率增至工频fi（即50Hz），水管水压

6、低于设定水压上限Pi时（2#电机f=fi，PPi），接通变频器BX端，变频器FWD断开，KM3断开，2#电机自变频器输出端断开；KM2得电，1#电机接至变频器输出端；接通变频器FWD端，于此同时变频器BX端断开。1#电机开始软启动。控制系统又回到初始工作状态，开始新一轮循环。1#和2#机组工作过程流程图第三章 变频恒压调速供水系统硬件设计系统单元设计主要包括CPU基本控制单元、电路定时复位电路、A/D转换电路、D/A转换电路、显示电路和相应的开关电路。图3-1 系统硬件结构框图3.1硬件总体说明单片机系统的硬件结构框架图如图3-1所示。本系统以8951单片机为核心，它有4KEPROM,所以不用

7、外扩EPROM,这样可以利用P0、P2口作为输入、输出I/O口，简化了硬件结构。系统的显示采用4片74LS164驱动LED，使用8951的串行通讯口TXD,DXD。93C46为串行EEPROM，用于保存开机设定的原始参数。采用NE555组成硬件定时复位电路，可以有效防止程序死机现象。74LS273用于对继电器输出状态硬件锁存，以防止输出状态被干扰。ULN2003为反向驱动芯片，同时在74LS273的CLEAR管脚外接RC电路，用于开机时使74S273的输出端清零，用于防止继电器的误动作，对变频器起到了保护作用。在报警输入端与CPU之间采用光耦隔离，以消除外部干扰。系统A/D输入采用8位TLC0

8、831逐次逼近模数转换器，D/A输出采用了光耦离式D/A输出，并采用LM358双运放组成D/A输出及驱动电路。P3.3定时输出占空比与频率相对应的PWM调制信号，通过二极运算放大电路后，在LM358的第7引脚输出与频率相对应的电压信号。在输出端调节电位器可以调节输出电压的大小，两放大器之间的RC电路起到了滤波的作用。 3.2. 5V单片机供电电源电路它由电源变压器B，桥式整流电路D1D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C3和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三

9、端稳压器LM7805的Vin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发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。图3-5 LM7805稳压电源第四章 变频恒压调速供水系统软件设计 3.3 555定时器复位电路NE555定时电路V0口输出连续的脉冲信号至R

10、ST，达到定时复位的效果。电路使用电阻电容产生RC定时电路，用于设定脉冲的周 期和脉冲的宽度。调节RW或者电容C，可以得到不同的时间常数。脉冲宽度计算公式：TW =0.7(R1+RW+R2)C 振荡周期计算公式：T=0.7(R1+ RW+2*R2)C从而通过控制振荡周期和脉冲宽度就可以控制定时时间。NE555定时电路及工作波形 第四章 单片机资料单片微型计算机简称为单片机，有称为微型控制器，是微型计算机的一个重要分支。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件。80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多

11、高性能新型机种，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。引脚功能： MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照-单片机引脚图： l P0.0P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的3932号端子）。 l P1.0P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的18号端子）。 l P2.0P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的2128号端子）。 l P3.0P3.7 P2口8位双向口线（在引脚的1017号端子）。P0口有三个功能： 1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0D7为数据总线接口） 2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0A7为地址总线接口）

12、3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。 P2口有两个功能： 1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用；2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。 P3口有两个功能： 除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。 有内部EPROM的单片机芯片（例如8751），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的， 即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG） 编程电压（25V）：31脚（EA/Vpp） 接触过工业设

13、备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池，这个电池是干什么用的呢？这就是单片机的备用电源，当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入，以保护内部RAM中的信息不会丢失。 在介绍这四个I/O口时提到了一个“上拉电阻”那么上拉电阻又是一个什么呢？他起什么作用呢？当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；所以如果P0口如果作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才能有效。 ALE/PROG 地址锁存控制信号：在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。（在后面关于扩

14、展的课程中我们就会看到8051扩展 EEPROM电路， ALE与74LS373锁存器的G相连接，当CPU对外部进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即P0口输出。ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时，ALE信号负跳变（即由正变负）将P0口上低8位地址信号送入锁存器。当ALE是低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致。在没有访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡周期频率输出（即6分频），当访问外部存储器以1/12振荡周期输出（12分频）。当系统没有进行扩展时ALE会以1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。

15、 PORG为编程脉冲的输入端：在8051单片机内部有一个4KB或8KB的程序存储器（ROM），ROM的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，那么我们是怎样把编写好的程序存入进这个ROM中的呢？实际上是通过编程脉冲输入才能写进去的，这个脉冲的输入端口就是PROG。 PSEN 外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。 1、内部ROM读取时，PSEN不动作； 2、外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次； 3、外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出； 4、外接ROM时，与ROM的OE脚相接。 （8051扩展2KB EEPROM电路， P

16、SEN与扩展ROM的OE脚相接） EA/VPP 访问和序存储器控制信号 1、接高电平时： CPU读取内部程序存储器（ROM） 扩展外部ROM：当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部ROM。 2、接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。 在前面的学习中我们已知道，8031单片机内部是没有ROM的，那么在应用8031单片机时，这个脚是一直接低电平的。 3、8051写内部EPROM时，利用此脚输入21V的烧写电压。 RST 复位信号：当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H

17、，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。 XTAL1和XTAL2 外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 VCC：电源+5V输入 VSS：GND接地。 AVR和pic都是跟8051结构不同的8位单片机，因为结构不同，所以汇编指令也有所不同，而且区别于使用CISC指令集的8051,他们都是RISC指令集的，只有几十条指令，大部分指令都是单指令周期的指令，所以在同样晶振频率下，较8051速度要快。另PIC的8位单片机前几年是世界上出货量最大的单片机，飞思卡尔的单片机紧随其后。ARM实际上就是32位的单片机

18、，它的内部资源（寄存器和外设功能）较8051和PIC、AVR都要多得多，跟计算机的CPU芯片很接近了。常用于手机、路由器等等。DSP其实也是一种特殊的单片机，它从8位到32位的都有。它是专门用来计算数字信号的。在某些公式运算上，它比现行家用计算机的最快的CPU还要快。比如说一般32位的DSP能在一个指令周期内运算完一个32位数乘32位数积再加一个32位数。应用于某些对实时处理要求较高的场合。附录一：程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit st=P32;sbit oe=P31;sbit eoc=P30

19、;uchar codetab=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09;/数码管显示段码uchar codetd=0x00,0x10,0x20,0x30,0x40,0x50,0x60,0x70;/通道先择数组uint ad_0809,ad_data1,ad_data2,ad_data3,ad_data0;uchar m,number;uchar x8;/八通道数据待存数组void delaynms(uint x);/nms延时程序void display();/显示程序void ad0809();/芯片启动程序void key();/键

20、扫描程序main()number=1;P1=0x00;while(1)ad0809();/调AD0809 启动子程序key();/调按键子程序ad_0809=xnumber;/把相关通道数据给ad_0809display();/调显示/nms 延时程序void delaynms(uint x)uchar i;while(x-0)for(i=0;i125;i+);void display()uchar a;ad_data1=(ad_0809*49/25)/100;/读得的数据乘以2 再乘以98%除以100 得百位ad_data2=(ad_0809*49/25)%100)/10;/读得的数据乘以2

21、 再乘以98%再分出十位ad_data3=(ad_0809*49/25)%100)%10);/读得的数据乘以2 再乘以98%再分出个位for(a=0;a10;a+)P0=tabad_data3;/送小数点后第二位显示P2=0x07;/选通第一个数码管delaynms(3);P0=tabad_data2;/送小数点后第一位显示P2=0x0b;/选通第二个数码管delaynms(3);P0=tabad_data1;/送整数显示P0_7=0;/点亮第三个数码管小数点P2=0x0d;/ 选通第三个数码管delaynms(3);P0=tabnumber;/送通道号显示P2=0x0e;delaynms(3

22、);void ad0809()uchar i,m=1;for(i=0;i8)number=1;/八通道附录二：参考文献1 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计，北京航空航天大学出版社，1990.2 李华.MCS-51系列单片机使用接口技术，北京航空航天大学出版社，1992.3 解宏基，任光.一种多功能变频恒压供水单片机供水控制系统，大连海事大学轮机工程研究所，116024.4 周黎辉，冯正进.变频器在多泵并联调速系统中的应用，机电一体化，1999年第4期.5 秦进平，官英双.基于单片机的恒压供水系统，黑龙江工程学院学报（自然科学版），Vol.19，No.1MAR,20056 马忠梅，籍顺心，张凯.单片机的C语言应用程序设计（第3版权），北京航空航天大学出版社，20037 苏夯.控制恒压供水系统的设计，大连交通大学，2009-12-18.8 童占.新概念51单片机C语言教程，电子工业出版社，2003.9 王幸之，钟爱琴.AT89系列单片机原理及接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2004：489-504.10 南建辉、熊鸣、王军茹.MCS-51单片机原理及应用实例,北京:清华大学出版社,2003.11 方彦军,孙健. 智能仪器技术及其应用M,西安:化学工业出版社,2006:98-105.