基于单片机的恒压供水系统设计

基于单片机的恒压供水系统设计内容摘要：

30177。 10pF；石英晶体选择 6MHz 或 12MHz 都可以。 其结果只是机器周期时间不同，影响记数器的记数初值和运算速度。 复位电路的设计 单片机的 RST 引脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。 复位信号是高电平有效的持续时间应为 2个机器周期以上。 复位后，单片机内部各部件恢复到初试状态，单片机从 ROM 的 0000H 开始执行程序。 单片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工 第 9 页 作的可靠性。 许多人在设计完单片机系统，并在实验室调试成功后，在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象，这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起 的。 在单片机应用系统工作时，除了进入系统正常的初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。 所以，系统的复位电路必须准确、可靠地工作。 RESETR11 0 kC31 0 p F 图 33 复位电路 单片机的复位都是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的 RST 引脚上出现 24 个时钟振荡脉冲以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。 为了保证应用系统可靠地复位，在设计复位电路时，通常使 RST 保持高电平。 只要 RST 保持高电平，则单片机就循环复位。 本次设计采用上电自动复位电路。 由于 R•C电路 充电过程中， RST端出现正脉冲，从而使单片机复位。 按键接口模块设计 本系统采用独立式按键，独立式按键的各按键相互独立，每个按键都有一个输入线，各按键的状态互不影响， CPU 需对按键状态分别检测，只适用于按键数量较少的场合。 在此电路中，按键输入部分采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时， I/0 口线有确定的电平。 在扫描时，先读取 P0 口的四位，若某位为低电平，应先延时 l0ms，然后再读取该位，如果读得的值仍为低电平，可确认此键已按下，然后调用该键的键处理子程序，各键的优先级别由软件安排。 依据本次的设计要求我们 大体分析在自动部分需要4 个按键，因此我们选择独立式键盘。 在电路仿真当中，为了体现效果，把最小步进临时改成了 5。 按下启停键后，系统将压力传感器传过来的信号进行转换后进入单片机，显示出当前的水压。 按下设置键后，系统显示出设定的压力值，如果对设置的水压进行调整，通过增减键，可以进行单位为 5 的调整。 如图 34所示，电路由 4个按键和 4个电阻组成，按键分别命名为【启停键】、【设置键】、【增一键】和【减一键】，共四个键，电阻可以采用 9 脚排阻（ 8 10KΩ）。 【启停键】功能：启动 /停止，执行开始自动运行和停止功能； 第 10 页 【 设置键】功能：设置，与【加一键】和【减一键】键配合对压力进行调整，开始设置。 【增一键】键功能： +1，与【设置键】键配合对压力进行调整，【加一键】键每按下一次则进行数据进行 +1 操作。 【减一键】键功能： 1，与【设置键】键配合对压力进行调整，【减一键】 键每 按下一次则进行数据进行 1 操作。 A DD A23456789 1R P 1RE S P A C K 8启停键设置键增一键减一键 图 34 按键接口电路 A/D 转换模块 计算机、数字通讯等数字系统是处理数字信号的电路系统。 然而，在实际应用中，遇到的大都是连续变化的模拟量，因此，需要一种接口电路将模拟信号转换为数字信号。 A/D 转换器正是基于这种要 求应运而生的。 由于压力传感器传过来的信号为模拟信号，在接入前要加 A/D 转换电路将模拟信号转换为数字信号，本次设计采用常用的 A/D 转换芯片 ADC0809. 如图 35所示。 第 11 页 A D 0A D 1A D 2A D 3A D 4A D 5A D 6A D 7A DE N DA DS TA DS TA DE O压力传感器U?( CLO CK )O UT 121A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT6O UT 58E O C7OE9CLO C K10O UT 220O UT 714O UT 615O UT 817O UT 418O UT 319I N228I N127I N026A L E22U?A DC 0 8 0 9 图 35 A/D 转换电路 D/A 转换模块 A D 4A D 5A D 6A D 7A D 3A D 2A D 1A D 0DA C SV RE F8G ND3V C C20CS1W R 12DI 34DI 25DI 16DI 07RF B9G ND10I O UT 111I O UT 212DI 713DI 614DI 515DI 416X F E R17W R 218I L E ( B Y 1 /B Y 2 )19U 1 2DA C08 3 2U2O P A M P 图 36 D/A 转换电路 D/A 转换电路用我们比较熟悉的 DAC0832 来作， DAC0832 采用了二次缓冲输入数据方式（输入寄存器及 DAC 寄存器）。 这样可以在输出的同时，采集下一个数字量，以提高转换速度。 如图 36所示。 第 12 页 显示模块设计 但片机应用系统中，通常都需要进行人 — 机对话。 这包括人 对应用系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示运行结果等。 显示器、键盘电路就是用来完成人机对话的人 — 机通道。 本次设计中要求作到 4 组 LED 显示， LED 显示器的控制方式为静态显示和动态显示两种，因此在选择 LED 驱动时，一定要先确定显示方式。 若选择静态显示，则 LED 驱动器的选择较为简单，只要驱动器的驱动能力与显示器电流相匹配即可。 而且只须要考虑段的驱动因为共阳极接 +5V，而共阴接地，所以位的驱动不要考虑。 动态显示则不同，由于一位数据的显示是由段选和位选信号共同配合完成的，因此，要同时考虑段和位的驱动能力， 而且段的驱动能力决定位的驱动能力。 如图 37所示。 L1L2L3L4LALBLCLDLELFLFLGLDPA02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U47 4 L S 2 4 5 图 37 显示模块电路 电机控制设计 压力传感器将压力信号经过 A/D 转换后输入到单片机，如果压力和设定压力有偏差，单片机将控制变频器调频使压力值稳定， 当 变频主 电机由 变频器 拖动运行至 最大频率 ，压力 如还 不能达到设定的压力值 ，则 MCU 自动 启动 定频副 电机， 以期 保持供水压力恒定。 这样不但减小了电动机的无功功率，而且提高了水泵的工作效率，节约了能源。 第 13 页 M2M1R L ?5VQ12 N22 2 265412U3O P T O CO UP L E R NP ND5DI O DE副电机继电器R L 6 65VQ 6 62 N22 2 265412U 6 6O P T O CO UP L E R NP ND 5 5DI O DE主电机继电器 图 38 电机控制电路 稳压电源模块 大部分的电子电路与电子设备都需要有一个稳定的直流电源提供能量，而且对于我们通常所接触的控制器而言，一般都是利用电网提供的交流电源，经过整流、滤波、稳压后，滤去其不稳定的脉动、干扰成分，提供一个稳定的直流电压，来使电子电路与电子设备保持正常的工作。 并且，我们目前绝大部分电子电路与电子设备都是使用线性 电源，即通过降压、整流、滤波、稳压后提供稳定的直流电压给电子电路及芯片工作的。 固定式三端稳压电源 (7805)是由输出脚 Vo,输入脚 Vi 和接地脚 GND 组成 ,它的稳压值为+5V,它属于 CW78xx 系列的稳压器 ,输入端接电容可以进一步的滤波 ,输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响 ,此电路的稳定性也比较好。 由于固定式三端稳压电源（ 7805）的输出电流有 ，而本次设计电路电流在 1A 到 2A 之间，考虑到电路的一般余量在 2倍到 3倍左右。 故本次设计电源电路需要采用扩流电路，如图 39。 第 14 页 T R 1B R 12 W 0 6 G220V50HZR10 .2 2 kR20 .2 kD1Q1VI1VO3GND2C12 2 0 0 u FC20 .3 3 u FC30 .1 u FR30 .6 8 k 图 39 稳压电源电路 采用外接 PNP 型大功率管的方法，这是一种最基本的扩展电流电路，扩展的输出电流取决于外接功率管的电流负载量，电路中的 R1 是 VT 的偏置电阻，为 VT1 提压导通时的基极偏压， VT 与集成稳压器内电路中的 NPN 型调整管组成复合管，设 Ir 为流过电阻R1 中的电流， Ic 为流过外接调整管的集电极电流， Td为 7805 的静态工作电流，这时 7805的输出电流为 Ioxx，可表示 IdIcIrIoxx  式中  为 VT的电流放大系数，稳压扩展后的输出电流 Io 可表示为 IoxxIcIo 。 因为 7805 的的最大输出电流为 ，当 Io取 时，则稳压器的扩展后的输出电流为 3A，加一只二极管 VD与 R1 并联，把外接整流管的 VT1 的发射结电阻限制在 以内，当输出电流超过额定植时，保护电阻 R2上的压降增大，必然会使 VT1 的 Vbe 减小，从而使 VT1 的输出电流减小，以至不导通，这样便达到了保护外接管的目的。 电路中的 VT1 可选用 3CD6 等 PNP 型硅低频大功率管。 特殊器件的介绍 本系统中主要使用了如下一些功能器件： DAC0832,ADC0809, 变频器。 下面就这些器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。 变频器介绍 通用变频器的选择包括变频器的型式选择和容量选择两个方面。 其总的原则是首先保证可靠地实现工艺要求，再尽可能节省资金。 第 15 页 表 31 三菱 FR500 系列标准规格 型号 FRA540 KCH 适用电机容量（ KW）（注 1） 输出 额定容量（ KVA）（注 2） 3 额定电流（ A） 4 6 9 12 过载 能力（注 2） 150% 60s 200% （反时限特性） 电压（注 4） 三相 380V 至 480V 50Hz/60Hz 再生制 动转矩 最大值允许使用率 100%转矩 2%ED 电源 额定输入 交流电压、频率 三相 380V 至 480V 50Hz/60Hz 交流电压允许波动范围 323 至 528V 50Hz/60Hz 允许频率波动范围 177。 5% 电源容量（ KVA）（注 5） 9 12 保护结构（ JEM 1030） 封闭型（ IP20 NEMA1）（注 6） 冷却方式 自冷 强制风冷 大约重量（㎏） 连同 DU 根据控制功能可将通用变频器分为三种类型：普通功能型 V/F 控制变频器、具有转矩控制功能的高性能型 V/F 控制变频器（也称无跳闸变频器）和矢量控制高性能型变频器。 变频器类型的选择要根据负载的要求进行。 对于风机、泵类等平方转矩，低速下负载转矩较小，通常可选择普通功能型的变频器。 对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械采用具有转矩控制功能的高功能型变频器则是比较理想的。 因为这种变频器低速转矩大，静态机械特性硬度 大，不怕负载冲击，具有挖土机特性。 为了实现大调速比的恒转矩调速，常采用加大变频器容量的办法。 对于要求精度高、动态性能好、响应快的生产机械（如造纸机械、轧钢机等），应采用矢量控制高功能型通用变频器。 大多数变频器容量可从三个角度表述：额定电流、可用电动机功率和额定容量。 其中后两项，变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出，或随变频器输出电压而降低，都很难确切表达变频器的能力。 选择变频器时， 只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力。