下载文档原格式
基于单片机(或PLC)控制的变频给水系统的设计摘要随着人们生活质量的提高，人们对水和电的需求越来越大，尤其在我们国家，这个问题日益凸显。
这也影响了城市小区的供水，这对小区供水提出了更高的要求。
目前，居民生活用水和工业用水日益增加。
由于居民日常用水和工业用水会随季节、昼夜等变化而随之发生变化，如采取传统的供水方式不仅影响生活也不利于资源的优化配置。
传统的供水系统已经不能满足人们的需求，可采用变频恒压供水方式来代替传统的供水系统，以达到供水稳定，满足人们需求，合理优化分配等目的。
根据这个需求，设计了基于PLC的变频恒压供水系统，此系统采用闭环控制，主要结构包括：PLC控制器，变频器，水泵机组，液位传感器，压力传感器及上位机监控系统。
PLC是本设计的控制核心，将压力传感器的信号和管压力设定值进行比较，并将处理结果传递给变频器，由变频器控制水泵电机的转速，从而使管网压力与设定压力保持恒定。
另外此次设计选用组态王软件对整个系统运行状态，报警信号等进行监控，对相关信息进行记录，提高了系统的稳定性。
以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有可靠性高，抗干扰能力强，组合灵活，编程简单，维修方便和低成本低能耗等诸多特点。
用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便实现供水系统的集中管理和监控；同时系统具有良好的节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计系统，对于调高企业效率以及人民生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。
关键词：PLC；变频器；恒压供水；组态Frequency Conversion Water Supply System ControlDesign Based on PLCAbstractAs the improvement of people's quality of life, the demand for water and electricity is growing, especially this issue has become increasingly prominent in our country.This is a higher residential water demands because,which has affected the water supply of city district. Today, the problem of living water and industrial water is increaing.Because of some factors which affect water supply,it not only has an effect on living of people but also wasts resource.So the traditional water supply system has been unable to meet people's needs,we could adopt constant pressure water supply to meet these demands,then achieve optimize allocation purposes.According to this demand, constant pressure water supply system was designed which been based on PLC.This system adopts a closed-loop control of which the main structure includes: PLC controller, inverter, water pumps, level sensors, pressure sensors and PC control system.PLC is the core of the design.We compare the signal of the pressure sensor with pressure setting of the tube,then the result is been transmitted to the invert.The invert control the speed of pump motor to maintain constantly the pipe network pressure and set pressure.Furthermore,the design selected Configuration software to monitor running and alarm signals and record relevant information to improve the stability of the system.The system which contain the invert and PLC is with high reliability,flexible,handy and cheap.This is particularly important for increasingly scarce energy. It has important practically significance of the design system for increasing business efficiency,improving people's living standards, and reducing energy consumption.Keywords:PLC; inverter; constant pressure water supply system;configuration目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章前言 (1)1.1 变频恒压供水系统简介及节能原理 (1)1.1.1 变频恒压供水系统： (1)1.1.2 恒压供水系统的节能原理 (1)1.2 变频恒压供水系统的国内外研究现状 (2)1.3 变频恒压供水系统特点 (2)1.4 本课题要完成的工作及预期目标 (3)第2章供水系统设计 (5)2.1 系统的控制方案拟定 (5)2.2 供水系统组成 (6)2.3 系统硬件设计 (8)2.4 电气主电路设计 (8)2.5 供水系统工作过程 (9)第3章电气控制系统硬件的介绍及选型 (12)3.1 PLC选型 (12)3.1.1 PLC的介绍 (12)3.1.2 PLC的选型 (12)3.2 水泵电机的选择 (15)3.3 变频器的原理及选型 (15)3.3.1 变频器的调速原理 (15)3.3.2 变频器的介绍 (16)3.3.3 变频器的型号选择 (17)3.2.4 传感器的选型 (18)第4章控制系统方案设计 (20)4.1 硬件方案设计设计 (20)4.1.1 PLC外围电路 (20)4.1.2 MicroMaster440外围接线 (22)4.2 系统程序设计 (24)4.2.1 恒压供水系统主程序设计 (24)4.2.2 中断程序设计 (27)4.2.3 子程序设计 (29)4.3 中间寄存器说明 (30)第5章方案的最终调试及仿真 (32)5.1 系统组态仿真 (32)5.1.1 组态介绍 (32)5.1.2 组态软件与PLC通讯调试 (32)5.1.3 组态数据库说明 (33)5.1.4 制作恒压供水系统监控画面 (34)5.2 程序仿真 (37)5.2.1 软件介绍 (37)5.2.2 程序输入 (38)5.2.3 程序仿真 (39)第6章结论 (41)致谢 (43)附录：主程序 (44)页码不对第1章前言1.1 变频恒压供水系统简介及节能原理1.1.1 变频恒压供水系统城市供水系统是城市总体规划的组成部分，城市供水系统又水源，输水管道，水厂和配水网组成。
目录中文摘要 (1)中文摘要 (2)1 绪论 (3)1.1 课题研究的目的与意义 (3)1.2 国内外发展的状况 (3)1.3 变频供水系统应用范围 (5)1.4 恒压供水的实现 (5)2 变频调速系统能耗分析 (7)2.1 供水系统分析 (7)2.2 变频调速恒压供水工况与能耗机理分析 (8)3 系统结构与设备选型 (11)3.1 系统总体设计 (11)3.2 变频调速 (11)3.3 单片机 (16)3.4 控制算法 (17)4 系统硬件设计 (20)4.1 系统工作过程说明 (20)4.2 变频器部分硬件设计 (21)4.3 单片机部分硬件设计 (23)5 系统软件设计 (29)5.1 主程序流程 (29)5.2 继电器动作控制流程 (30)5.3 PID控制流程 (31)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录1 (36)附录2 (37)单片机恒压供水系统的设计摘要：建设节约型社会，合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。
根据居民用水时间集中，用水量变化较大的特点，因此居民原供水系统存在了耗能高，可靠性低，水资源浪费严重，管网系统待完善的问题。
提出利用压力反馈，PID控制，配以变频器、单片机、压力传感器等，根据管网的压力，通过变频器控制水泵的转速，从而使管网中的压力始终保持在合适的范围。
从而解决因楼层太高而导致压力不足及小流量时能耗大的问题。
另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省近四成。
结合使用可编程控制器，可实现主泵变频，副泵软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，电机的使用寿命大大延长。
关键字：恒压变频供水，单片机，差压供水，自动控制The Design base on MCU for pressure watersupply systemAbstract：Building the conservation-oriented society, the reasonable development, saves and the effective protecting water resources is an arduous task. According tothe users water used time and the water consumption changing characteristic,so the resident original water supply system has many problems. E.g. theexistence cost to be high, the reliability is low, the water resources waste, andthe pipe network system need consummation. Through the way of usingpressure feedback, PID control, together with the converter, microcontroller,pressure sensors, etc, according to the network management pressure, controlwater pump rotational speed through the inverter. So that the pressure in thepipe network is always maintained at a appropriate scope. Through this way,we solve the problem that the high floor case inadequate pressure and energyconsumption high when the flow is low.Moreover the water pump consumes the electric power and the electric machinery rotational speed is proportional three cubed the relations,therefore the water pump velocity modulation gets an obvious energyconservation effect. The average power consumption saves 40% than usualwater supply bination of relays, it can achieve the main pumpfrequency adjust, the deputy pump soft start, with the function of shortcircuit protection and over current protection.It is stable and reliable furthermore greatly extend the life of the motor.Key words: Constant pressure frequency conversion water supply, SCM, differential pressure water supply, automatic control1 绪论1.1 课题研究的目的与意义随着高层建筑层数的不断加高，高层居民经常出现用水难问题。
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---要随着我国现代化的进程不断加快，城市居民生活水平不断提高，随之而来的是房屋的翻新和重建，但建筑层数的不断增高，使得供水所需压力不断提高，若建筑设计时对压力判断不足，会导致供水时无法供应到高楼层，给人们的正常生活带来极大的不便利。
本文在充分了解恒压供水发展由来，国内外变频器发展历史及研究现状，以及国内常用的几款控制器的基础上，确定了以单片机与变频器结合的方式实现恒压供水，其中主控制部分的控制核心单片机选用AT89S52型单片机，其内部具有PID自整定程序可对检测回来的压力信号进行自动调整；在此基础上并对外接模块进行设计和芯片选择：压力转换模块其选用TLC549作为核心芯片、输出模块选用TLC5620芯片、驱动模块采用ULN2803芯片、键盘显示模块采用ZLG7290B芯片、存储模块采用X5045芯片、通讯模块采用MAX232芯片。
本次设计的恒压供水控制器将选用单片机与变频器相互结合的方式，由于单片机本身的特性，因此具有价格便宜，编程方便的特点。
加之变频控制器本身具有的节能、实时调节、延长寿命的优点，使得本次的设计更加具有现实意义。
关键词：单片机；恒压供水系统；PID控制；变频调速Constant pressure water supply controller design based on single chipmicrocomputerAbstractWith the accelerating the process of modernization in our country and city residents living standards improve, followed by the renovation and reconstruction of the building, but the increasing construction layer, make the water pressure increasing, when building design judgment to pressure is insufficient, can lead to water supply when unable to supply to the upper floor, to people's normal life brings great convenience.Based on fully understand the development origin, constant pressure water supply inverter development history and research status at home and abroad, and domestic commonly used a few controller, on the basis of preliminary established with combination of single-chip microcomputer and converter to realize constant pressure water supply, the main control part choose type AT89S52 single chip microcomputer control core of the single chip microcomputer, the internal PID self-tuning procedure can be automatically adjusts for the detection of the pressure signal back;On this basis and external modules such as: pressure conversion module selection of its eight bits as the core chip, the output module TLC5620 ULN2803, keyboard display module, drive module USES the ZLG7290B X5045, communication module, storage module USES a design using MAX232, etc.The design of constant pressure water supply controller will choose mutual combination of single-chip microcomputer and converter, due to the characteristics of the micro-controller itself, so it is cheap, convenient bined with frequency conversion controller itself has the advantages of energy saving, real-time adjustment, prolong life, makes the design more realistic.Key Words：Single chip microcomputer；Constant-pressure Water Supply；PID Control；Variable Frequency Speed Regulation目录摘要 (I)Abstract ...................................................................................................................................... I I 引言 (1)1 绪论 (2)1.1 恒压供水背景及意义 (2)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本文主要研究内容 (3)2 恒压供水节能原理及设计方案 (5)2.1 变频恒压供水系统节能原理 (5)2.2 设计方案及要求 (7)2.3 系统结构 (8)2.4 系统原理 (10)3 恒压供水控制器硬件设计 (12)3.1 硬件电路总体设计 (12)3.2 晶振与复位模块 (12)3.3 键盘显示模块 (14)3.4 模拟量输入模块 (16)3.5 模拟量输出模块 (18)3.6 开关量输出模块 (19)3.7 参数记忆模块 (21)3.8 数字量输入模块 (22)3.9 ISP下载模块 (23)3.10 稳压电源模块 (26)4 恒压供水控制器软件设计 (28)4.1 PID控制算法 (28)4.2 水泵切换条件分析 (30)4.3 程序流程 (33)设计总结 (37)参考文献 (38)附录A 附录内容名称 (39)致谢 (40)引言在城市建设飞速发展的今天，人们对住房的要求条件越来越高，楼房层数的不断提高，使得供水难度不断加大，住户用水难的问题不断发生对人们的生活带来了接连不断的麻烦。
毕业设计论文基于PLC的楼宇变频器恒压供水系统设计摘要随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高，再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。
本设计是针对居民生活用水/消防用水而设计的。
由变频器、PLC组成控制系统，调节水泵的输出流量。
电动机泵组由三台水泵并联而成，由变频器或工频电网供电，根据供水系统出口水压和流量来控制变频器电动机泵组之间的切换及速度，使系统运行在最合理的状态，保证按需供水。
本文介绍了采用PLC控制的变频调速供水系统，由PLC进行逻辑控制，由变频器进行压力调节。
通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压供水。
运行结果表明，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠等优点。
关键词:恒压供水，PLC(可编程序控制器)，变频器，变频调速。
目录1绪论 (1)1.1 变频器恒压供水产生的背景和意义 (1)1.2变频恒压供水系统理论分析 (5)1.2.1变频恒压供水系统节能原理 (5)1.2.2 变频恒压控制理论模型 (7)1.3恒压供水控制系统构成 (7)2 变频恒压供水系统设计 (12)2.1 设计任务及要求 (12)2.2 系统主电路设计 (13)2.3 系统工作过程.............................................................................................. 错误！未定义书签。
3 器件的选型及介绍 (1)3.1 变频器简介 (1)3.1.1 变频器的基本结构与分类 (1)3.1.2 变频器的控制方式 (1)3.2 变频器选型 (3)3.2.1 变频器的控制方式 (3)3.2.2 变频器容量的选择 (3)3.2.3 变频器主电路外围设备选择 (5)3.3 可编程控制器(PLC) (7)3.3.2 PLC的工作原理 (8)3.3.3 PLC及压力传感器的选择 (9)4 PLC编程及变频器参数设置 (10)4.1 PLC的I/O接线图 (10)4.2 PLC程序 (10)5.系统安装 (13)5.1 PLC安装位置确定 (13)5.2 变频器的安装 (14)5.2.1 变频器的安装环境 (14)5.2.2 安装方式 (14)5.3 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法 (14)5.4 系统安装图 (15)6.设计预期与结果分析 (17)6.1设计预期 (17)6.2结果分析 (17)参考文献 (18)致谢 (19)附录 (19)1绪论1.1 变频器恒压供水产生的背景和意义1.1.1供水方案的确定众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能己成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低。
目录摘要 (3)1绪论 (3)1.1选题背景 (3)1.2本文的主要工作 (4)2设备介绍 (5)2.1单片机 (5)2.2其他设备介绍 (6)3整体设计方案 (7)4 系统硬件电路设计 (10)4.1时钟电路 (10)4.2复位电路 (11)4.3模数转换电路 (12)4.4压力传感器与ADC之间运算放大电路 (14)4.5 D/A输出电路 (15)4.6变频器的应用 (15)4.7 抗干扰措施 (18)4.8 显示电路 (20)4.9 系统供电电路 (20)4.10 继电器控制电路 (21)5系统程序设计 (21)5.1主程序流程图 (21)5.2PID调节子程序流程图 (23)5.3控制子程序流程图 (26)5.4显示子程序设计 (27)6系统调试 (28)结论 (29)致谢 (30)摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
目前对高楼供水恒压控制的研究以及已开发的系统各有所长。
随着微机技术及变频技术的发展，设备简单、投资少、可靠性高、抗干扰能力强、节能高效的控制系统将是高楼恒压供水系统研究的方向。
本文根据目前单片机控制的恒压控制系统的研究现状，充分利用现代化新型、先进的元器件和最新的智能控制理论与算法，将变频调速技术和单片机技术融合到一起，设计高楼恒压供水智能控制系统。
设计的高楼恒压供水智能控制系统具有可靠性高、抗干扰能力强、节能效率高等特点。
关键词:单片机;变频器:压力传感器;恒压供水系统;Abstract: A new kind of frequenay-varying pressure-constant water supply system is introduced. The system can regulate the water pump numbers and their rotational speed basing on the condition of the water pipe net, thereby automatic pressure-constant water supply is practised in efficient and energy saving way. The water pump is started softly by transducer, which has no concussion to electricity net. Thus, the life of water pump is longer.Key words: single chip computer; frequency-varying; pressure-constant water supply; energy saving1绪论1.1选题背景随着中国经济发展的大背景，城市化的近程越来越快。
绪论近年来我国中小城市发展迅速，集中用水量急剧增加。
据统计，从1990年到1998年，我国人均日生活用水量（包括城市公共设施等非生产用水）有175.7升增加到241.1升，增长了37.2%，与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。
传统的自来水厂的供水模式在用水量高峰期时供水量普遍不足，造成城市公用管网水压浮动较大。
由于每天不同时段用水对供水压力的要求变化较大，仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。
这种情况造成用水高峰期时供水压力不足，用水低峰期时供水压力过高，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患。
供水厂以前虽然也进行过一些技术改造，但是生产系统大部分仍然采用人工手动控制，生产过程中的重要参数仍然依靠人工定时记录，例如清水池水位、电机运行时间、耗电量等都是由值班人员定时记录。
随着地区经济的发展，城区居民生活用水和工业用水量大幅度上升。
经过改造和扩建，供水厂目前的日供水能力在7.5万立方米左右，仍然不能完全满足用水需求。
由于城区用水量中居民生活用水所占的比例比较大，用水量的需求具有时变性。
在用水高峰期时，清水池的水位达不到要求高度,管网压力达不到规定的标准压力，造成高层建筑断水。
用水低峰期时，管网压力经常超过规定的压力上限，极易造成爆管事故并且能源损耗严重。
供水厂原有的生产设备的控制方式比较落后，控制过程烦琐，大部分需要人工进行手动操作，能耗高，而且不能保证供水压力达到压力标准。
此外，水厂作为城市供水系统的重要组成部分，其日常的生产、计划、运行和管理都直接影响到城市的安全供水。
在这种供水模式下长期以来许多水厂各部门的管理人员采用传统的人工管理模式，通过手工从事繁重的业务管理、各种日报表、月报表、年报表的统计汇总等工作。
由于对大量的统计报表的基础数据缺乏科学的分析手第1 页共60 页段，因此很难为运行管理以及调度提供强有力的决策支持。
所以对供水系统的技术改造已经迫在眉睫，技术改造的目的是提高生产过程的自动化水平。
单片机在楼房恒压供水体系中的运用描绘这些年跟着科技的飞速开展，单片机的运用正在不断地走向深化，一同股动传统操控检测的更新。
当时对楼房恒压供水操控的研讨以及已开发的体系各有所长。
跟着微机技能及变频技能的开展，设备简略、投资少、牢靠性高、抗搅扰才干强、节能高效的操控体系将是楼房恒压供水体系研讨的方向。
介绍了用AT89C51单片机操控的变频调速楼房恒压供水体系，给出了体系的硬件布局及单片机操控程序框图。
在体系中，AT89C51CPU发作三相沟通调频操控信号，经驱动后，输送到逆变主桥路，完结恒压调速。
1序言供水体系的动力，通常优先选用布局简略、作业牢靠、价格低廉的三相鼠笼式异步电动机。
体系中，水的流出量是随用户用水需求改动而改动的，传统的操控办法是调理风门。
跟着电子技能、沟通调速技能的不断完善和核算机技能的敏捷开展，变频调速办法在楼房恒压供水操控体系得以运用，这不只大大进步了体系的主动化程度，而且也有用地处置了这一疑问，削减了动力糟蹋。
这些年，跟着居民区的不断扩建与改造，楼房层数的不断加高，中国居民用水难疑问越来越杰出，格外是高层修建居民，原有的自来水管网的压力呈现缺少，大有些地区遍及存在着用水高峰期高层供不上水，高层居民常常呈现用水难疑问，给日子带来极大的不便利，格外在大城市这类疑问格外杰出。
关于上述疑问，本描绘选用单片机与变频调速相结合起来完结楼房恒压供水，该操控器是以管网水压为设定参数，经过操控变频器的输出频率然后主动调理水泵电机的转速，完结管网水压的闭环调理(PID)，使供水体系主动恒稳于设定的压力值。
即用水量添加时，频率升高，水泵转速加速，供水量相应增大，当用水量超越一台泵的供水量时，经过操控器加泵;用水量削减时，频率下降，水泵转速减慢，供水量也相应减小。
也便是依据用水量的巨细，由供水操控器操控水泵数量以及变频器对水泵的调速，来完结恒压供水。
一同到达供水功率的意图“用多少水，供多少水”。
选用该供水体系不需缔造高位水箱，水塔，水质无二次污染，是一种抱负的现代化修建供水计划。
基于单片机的恒压供水系统设计摘要：本设计是在深入研究当前多种恒压供水方案的基础上，创造性地提出“定频副电机+变频主电机+低端MCU”的低成本高效能恒压供水方案。
设计通过控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节(PID)，使供水系统自动恒稳于设定的压力值。
用户可以自行设定水管中的水压，低功耗低噪音高性能高寿命的特点使得本设计在同类产品中脱颖而出。
使用Keil C 和Proteus 等先进EDA软件进行了高效率地设计实现和仿真验证。
关键词：恒压，高效率，水泵转速, 变频器目录1前言 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 设计目标 (2)1.3 实施计划 (2)2总体方案设计 (3)2.1 方案比较 (3)2.1.1 方案一 (3)2.1.2 方案二 (3)2.1.3 方案三 (4)2.2 方案论证 (5)2.3 方案选择 (6)3单元模块设计 (7)3.1 各单元模块功能介绍及电路设计 (7)3.1.1 水管压力测量模块 (7)3.1.2 时钟模块设计及与器件选择 (8)3.1.3 复位电路的设计 (8)3.1.4 按键接口模块设计 (9)3.1.5 A/D转换模块 (10)3.1.6 D/A转换模块 (11)3.1.7 显示模块设计 (12)3.1.9 稳压电源模块 (13)3.2 特殊器件的介绍 (14)3.2.1 变频器介绍 (14)3.2.2 DAC0832介绍 (16)3.2.3 ADC0809介绍 (17)3.2.4 74LS245介绍 (20)3.2.5 单片机AT89C51 (21)3.3 各单元模块的联接 (23)4软件设计 (24)4.1 软件设计原理及设计所用工具 (24)4.2 主程序流程图 (24)4.2.1 T0中断服务程序 (25)4.2.2 独立按键程序设计 (28)4.2.3 LED动态显示程序模块的设计 (30)5系统调试 (31)5.1 Proteus仿真软件介绍 (32)5.2 软件调试 (35)5.2.1 水管压力显示的仿真 (35)5.2.2 恒压值的仿真 (38)6结论 (40)7总结与体会 (41)8谢辞 (42)9参考文献 (43)附1 系统的原理电路图 (44)附2 系统的相关程序 (45)附3 外文文献翻译-译文 (53)附4 外文文献翻译-原文.................................. 错误！未定义书签。
基于51单片机恒压供水系统设计
一、系统简述
恒压供水系统是一种具有自动补偿压力控制功能的水泵控制器，用于
控制水泵的工作速率，以维持供水管路内的压力。
采用51单片机，通过
设计流程和控制算法来控制水泵，以实现压力恒定的目的。
二、系统构成
系统主要构成有51单片机，水泵，传感器，水流计量单元，按钮，
显示器，电源等部件。
1、51单片机：用于编写和执行控制算法，实现控制水泵的功能。
2、水泵：它由电机和泵头组成，作用是提供压力，从而实现系统的
恒压功能。
3、传感器：它能够检测水管内的压力，并将它转换为一个电压信号，传输给51单片机。
4、水流计量单元：它能够检测水流的大小，并将它转换为一个电压
信号，传输给51单片机。
5、按钮：用于开启和关闭系统。
6、显示器：用于显示系统的压力、流量等数据。
7、电源：供给单片机和水泵所需要的电源。
三、系统工作原理
系统的工作原理即用51单片机根据传感器所反馈的水管内压力数据以及水流变化，来控制水泵的速率。
当压力数据低于设定值时，51单片机会驱动水泵加快运行速度，以使压力增加；当压力数据高于设定值时，51单片机会驱动水泵减慢运行速度，以使压力减少。
基于单片机的恒压供水系统设计
恒压供水系统是一种常见的水泵控制系统，主要用于保持用户端的水
压稳定。
在本文中，将介绍基于单片机的恒压供水系统的设计。
恒压供水系统的基本原理是通过控制水泵的启停和转速，以保持用户
端的水压恒定不变。
系统的设计主要包括传感器的选择与连接、单片机的
编程、驱动电路的设计等。
首先，选择和连接传感器。
恒压供水系统中最关键的传感器是压力传
感器和流量传感器。
压力传感器用于测量用户端的压力大小，而流量传感
器则用于计算水泵的工作流量。
这两个传感器应该能够与单片机进行连接
并传输数据。
其次，进行单片机的编程。
单片机可以根据传感器测得的数据，通过
控制水泵的启停和转速，以实现恒定的水压。
编程的关键是根据实际需求
确定水泵的工作状态和转速，并实现相应的控制逻辑。
例如，当水压低于
设定值时，单片机可以启动水泵并逐渐增加转速；当水压达到设定值时，
单片机可以停止水泵或者降低转速。
最后，进行驱动电路的设计。
水泵通常需要较大的电流和电压来工作，因此需要设计适当的驱动电路。
这个电路应该能够与单片机进行连接，并
根据单片机的控制信号提供所需的电流和电压给水泵。
在整个系统设计中，还需要考虑到系统的可靠性和安全性。
例如，可
以设置安全开关来监测水泵的状态，当水泵出现故障时及时停止供水，避
免水泵过热或水压过高等问题。
同时，还可以设置报警装置来提醒用户系
统的异常情况。
泰山学院本科毕业设计基于单片机的小区恒压供水系统的设计所在学院机械与工程学院专业名称机械设计制造及其自动化申请学士学位所属学科工学年级二〇一一级（3+2）学生姓名、学号黄承蒙 2011170257 指导教师姓名、职称张秀红讲师完成日期二〇一三年五月摘要合理开发保护和利用水资源是建设资源节约型社会的一项艰巨任务。
现代中高层小区生活用水一般存在水压低、用水时间集中、用水量变化较大的特点，因而导致了居民供水系统能耗高，可靠性较低，管网系统不完善等问题。
进而严重的浪费了大量水资源。
随着变频调速技术的成熟和广泛应用，利用PID调节器、变频器、单片机、压力传感器等器件的有机组合，构成控制系统，利用变频器控制水泵的转速，调节水泵的输出量，把管网的压力调节至一个合理的范围，实现高层建筑的恒压供水。
由于水泵耗电功率与电动机转速的三次方成正比，故通过水泵调速有较好的节能效果，平均功耗相比节省近40%的正常用水。
利用AT89C51单片机，可实现主泵变频，副泵软启动，短路保护，过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长电机的使用寿命。
关键词：变频调速，恒压供水，单片机，节能IABSTRACTReasonable development and protection and utilization of water resources is a difficult task to construct economic society. Modern high-rise residential area tend to have low water use, water time, the characteristic of the large changes in water consumption, high energy consumption of the residents and thus lead to the water supply system, low reliability, pipeline system is imperfect and so on. And serious waste of a lot of water. With mature and widely used frequency conversion speed regulation technology, the use of PID regulator, frequency converter, MCU, pressure sensors such as organic combination, constitute a control system, the use of inverter control of pump rotation speed, adjust the output of the pump, the pipe network pressure to adjust to a reasonable range, realize constant pressure water supply of high-rise building.Due to the water pump power consumption power and the motor speed of the direct ratio three times, so it has good energy saving effect through the pump speed control, compared to the average power consumption to save close to 40% of the normal use of water. Using AT89C51, can realize the main pump frequency conversion, the auxiliary pump soft start, short circuit protection, over current protection function, stable and reliable work, greatly extend the service life of motor.Key words:Constant pressure frequency conversion water supply, SCM，Energy-savingII目录1 引言 (1)1.1 课题研究的提出 (1)1.2 变频恒压供水系统的主要优点 (1)1.3 本课题的主要研究内容 (2)2 变频调速恒压供水理论分析 (3)2.1调速原理 (3)2.2系统的节能原理分析 (3)2.2.1供水系统特性与工作点 (3)2.2.2流量调节的方法 (4)2.2.3 流量调节方法的比较 (5)2.3变频恒压供水系统的组成及原理图 (6)3 系统结构与设备选型 (9)3.1 系统结构总体设计 (9)3.2单片机的选择 (9)3.3 PID控制算法与其实现 (10)4 硬件设计 (12)4.1 系统工作过程说明 (13)4.2 变频器部分硬件设计 (14)4.2.1主电路 (14)4.2.2控制电路 (15)4.3 单片机部分硬件设计 (16)4.3.1 主要部分电路 (16)4.3.2 其它部分电路 (20)5 系统软件设计 (27)5.1 主程序流程 (27)5.2 继电器动作控制 (27)5.3 PID控制流程 (28)6 结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录1 以单片机为主的主要硬件图 (33)附录2 主要程序 (35)Ⅲ1 引言1.1 课题研究的提出伴随着经济社会发展，城市高层建筑数量增多，与此同时高层建筑楼层层数也不断增加，高层居民经常出现用水难问题，针对上述问题，变频调速恒压供水系统应运而生。
恒压供水控制系统由单片机、电机水泵机组、变频控制器、压力传感器及继电控制逻辑等组成。
其中单片机是整个控制系统的核心，压力传感器用来测量系统中的控制变量，而水泵电机机组、变频器以及继电控制逻辑，可看作系统的执行机构。
当单片机压力采样到传感器所测的水压值超过设定水压范围时，然后根据系统设定的控制算法发送控制信号，从而得以选择水泵投入台数和控制拖动水泵电机的转速，以实现高层建筑恒压供水。
“传统的蓄水加压方法有高位水箱、气压给水以及无水箱供水等三种方式。
高位水箱给水靠水的势能向用户提供一定压力的生活和生产用水，但这种方式的不仅造价高而且将影响建筑物结构强度及抗震性，最重要的是高位水箱给水会带来“二次污染”。
[1]逐渐发展起来的气压供水，虽有所改进，可取代任何高度的水塔或楼顶高位水箱，但它亦存在很多明显的缺点，如气压供水设备笨重，气压罐和泵房建造成本高，水泵启动频繁，耗电量大，压力不稳定还会影响电磁元件和水泵电机的寿命。
根据流体力学的原理，采用交流变频调速恒压供水系统不仅可做到水量供需平衡，同时又降低了电耗。
随着交流变频调速技术的发展和微型计算机的广泛应用，上述想法已成为现实。
1.2 变频恒压供水系统的主要优点：（1）节约能源，可节电20%—40%，供水品质大大提高。
（2）设备简单，安装配置方便，投资成本低，水资源利用效率大大提高。
（3）自动化程度高，功能齐全，合理可靠。
（4）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）从水源供直接水，设备二次污染的程度下降，防止许多传染疾病的滋生，清洁维修方便。
1（6）利用通信技术进行控制，减少了人力物力过度投入。
1.3本课题的主要研究内容本设计以小区供水系统为控制对象，把单片机跟变频技术相结合，设计一套城市生活小区恒压供水系统，单片机控制的变频恒压供水系统主要由单片机、变频器、压力变送器和水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有1个贮水池2台水泵，采用PID调节方法，即2台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，另一台水泵工频运行。
单片机根据管网压力自动控制水泵运行，并根据压力检测值和系统设定定值之间偏差进行PID运算，输出给变频器控制其输出频率，调节水泵电机转速，进而使供水管网压力恒定。
根据以上控制要求，进行设计系统总体控制方案、硬件设备选型、单片机选型，绘制系统硬件连接图，完成以单片机为核心的硬件设计：A/D转换采样、PID 控制、用户按键输入、显示屏显示、单片机和变频器的通信。
以及主电路和控制电路梯形图。
熟练使用相关软件，并对程序进行调试和修改。
232 变频调速恒压供水理论分析2.1调速原理讨论异步电动机的转速，首先研究其转速公式： 60(1)f n s p=- （公式1） 式中：f 表示电源频率，p 表示电机磁极对数，s 表示转差率。
此式表明，改变三相异步电动机转速有三种方式，即改变电源频率f 、改变电机磁极对数p 及转差率S 。
“改变电机p 调速的方式控制简单，效率高，有很好的节能效果，但这种电动机的调速是有极的，并且级差大。
改变转差率调速的方法最大优点是设备简单、投资少、调速性能好，调速平滑性好，但是线路复杂，中间环节电能损耗加大” [2]，且成本高，推广困难。
“由公式可知，转差率如果变化不大时，转速n 基本上与电源频率f 成正比。
连续调节电源频率，就可以平滑地改变电动机的转速。
然而，单一调节电源频率，将导致电机运行性能恶化。
随着电力电子技术的发展，变频调速电源装置的性能不断改善，促进了变频调速技术的广泛应用。
”[3]2.2系统的节能原理分析2.2.1供水系统特性与工作点（1）扬程特性 假设保持供水管道中阀门的大小不变，在某转速下，反映全扬程HT 与流量Q 关系的曲线HT=f(Q)，称为系统扬程特性曲线，如图1中曲线①所示。
扬程特性用来表征用水需求与全扬程间的关系。
（2）管阻特性 假设不改变水泵的转速情况下，全扬程HT 与供水流量Q 的关系曲线HT=f(Q)，称为系统的管阻特性。
如图1中的曲线②所示，管阻特性主要是用来表明管组控制供水系统能力的大小。
（3）工作点与供水功率 供水系统的工作点是指系统扬程特性与管阻特性关系曲线的交点，如图1中的N 点就是供水系统的工作点，供水系统不仅满足了扬程特性，也符合了管阻特性。
此时供水系统稳定运行，达到平衡状态。
供水系统运行时所消耗的功率PG（KW）称为供水功率，供水功率与流量跟扬程的乘积成正比例关系：PG=CPHTQ其中CP是常数。
由图1中可以看出：供水系统的额定功率与OANG四点所成的正方形的面积成正比。
图 1 供水系统基本特性2.2.2流量调节的方法流量是供水系统中最根本也是最直接的控制对象。
