毕业设计-基于单片机的恒压供水系统设计

毕业设计-基于单片机的恒压供水系统设计内容摘要：

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 页 10 【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 D D A23456789 1R P 1R E 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 页 11 A D 0A D 1A D 2A D 3A D 4A D 5A D 6A D 7A D E N DA D S TA D S TA D E O压力传感器U ?( C LO C K )O U T 121A D D B24A D D A25A D D C23V R E F ( + )12V R E F ( )16I N 31I N 42I N 53I N 64I N 75S T A R T6O U T 58E O C7OE9C LO C K10O U T 220O U T 714O U T 615O U T 817O U T 418O U T 319I N 228I N 127I N 026A L E22U?A D C 08 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 0D A C SV R E F8G N D3V C C20CS1W R 12D I 34D I 25D I 16D I 07R F B9G N D10I O U T 111I O U T 212D I 713D I 614D I 515D I 416X F E R17W R 218I LE ( B Y 1/ B Y 2)19U 1 2D A C 08 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 页 12 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 页 13 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 页 14 T R 1B R 12W 0 6 G220V50HZR10. 2 2 kR20. 2 kD1Q1VI1VO3GND2C122 00 u FC20. 33 u FC30. 1u 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 IdIcIrIo xx  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 页 15 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的关键量。 负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。 的调速范围。 在调速范围不大的情况下，选择较为简易的 V/F控制方式的变频器。 当调速范围很大时，应考虑采用有反馈的矢量控制方式。 ，但对于负荷变化时其转距仍然随负荷变化。 当转矩变动范围不大时，可选择较为简易的 V/F 控制方式的变频器，但对于转矩变动范围较大的负载，应考虑采用无反馈的矢量控制方式。 第 页 16 ，可考虑选择较为简易的 V/F 控制方式的变频器，而在要求较高的场合，则必须采用有反馈的矢量控制方式。 在众多变频器中基于运行可靠性、价格 适中我们选定三菱公司出品的 FR500 系列。 由式（ 31）和所要求的调速范围 90～ 1500r/min 我们可以计算出变频的范围： HzPnf 360 29060m inm in  （ 31） HzPnf 5060 2150060m a xm a x  （ 32） 即频率的调节范围为 Hz3 ～ Hz50 之间，另外，考虑到此前我们 选用的 YVP100L14 型变频电机其标称功率 P=，额定电流 IN=，对于三菱公司的 FR500 系列变频器标准规格型号的查看，如上表 31所示，拟选用 DAC0832 介绍 下面我就把 DAC0832 芯片各引脚功能介绍一下，图 39为其管脚图： ILE：允许输入锁存。 CS：片选信号。 它与 ILE 结合起来用以控制 WR1 是否作用。 WR1：写信号 1。 在 CS和 ILE 有效下，用它将数字输入并锁存于输入寄存器中。 WR2：写信号 2。 在 XFER 有效下，用它将输入 寄存器中的数字传送到 8 位 DAC 寄存器中。 XFER：传送控制信号，用它来控制了 WR2是否起作用。 在控制多个 DAC0832 同时输出时特别有用。 D0～ D7： 8 位数字输入， D0为最低位。 Iout1： DAC 电流输出 1。 它是逻辑电平为 1的各位输出电流之和。