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1、微机原理综合设计与实践微机原理综合设计与实践课程设计课程设计篇篇主主 讲讲:韩竺秦韩竺秦TEL ：18675115101E-Mail： 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦基于STC89C51的恒压无塔供水系统 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o随着社会的高速发展，城市高楼林立，高楼层用水随着社会的高速发展，城市高楼林立，高楼层用水往往因水压不够而成问题。常用的水塔式供水系统往往因水压不够而成问题。常用的水塔式供水系统因设备（尤其是电机）易损而大大增加维护费用，因设备（尤其是电机）易损而大大增加维护费用，且使用不方便。且使用不方便。o为此，工程设
2、计人员利用现代电子技术，设计出一为此，工程设计人员利用现代电子技术，设计出一种智能变频供水系统，该控制系统智能化程度高，种智能变频供水系统，该控制系统智能化程度高，无需水塔，供水稳定，操作也方便，设备寿命大大无需水塔，供水稳定，操作也方便，设备寿命大大延长，是一种值得推广的城市高楼层供水系统。延长，是一种值得推广的城市高楼层供水系统。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o变频恒压供水系统，通过压力传感器、供水控制器、变频恒压供水系统，通过压力传感器、供水控制器、变频调速器组成闭环回路自动调节电机的转速，从变频调速器组成闭环回路自动调节电机的转速，从而调节水泵的供水量，使供
3、水量可根据用水量的大而调节水泵的供水量，使供水量可根据用水量的大小变化而变化，确保供水压力恒定。小变化而变化，确保供水压力恒定。o如果采用取水直供方式，不仅可节约大量的能源如果采用取水直供方式，不仅可节约大量的能源,延长设备使用寿命，又能避免水源二次污染问题。延长设备使用寿命，又能避免水源二次污染问题。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦设计任务设计任务1 1 整体方案设计整体方案设计2 2 系统硬件电路设计系统硬件电路设计3 3 系统程序设计系统程序设计4 4 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦系统调试系统调试5 5 程序清单程序清单6 6 小结
4、小结7 7 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦设计任务o本课程设计要求学生结合实际情况，基于本课程设计要求学生结合实际情况，基于STC89C51单片机设计一个恒压无塔供水系统。该系统应满足的功单片机设计一个恒压无塔供水系统。该系统应满足的功能要求：能要求：o1.电机可以工作在两种工作状态即变频和工频。电机可以工作在两种工作状态即变频和工频。o2.变频器控制电机的转速，且电机能够实现软启动。变频器控制电机的转速，且电机能够实现软启动。o3.控制系统的操作分为手动和自动，并且电机能够自动控制系统的操作分为手动和自动，并且电机能够自动切换。切换。o4.能够实时显示水管的压力值
5、，保证水管压力稳定在设能够实时显示水管的压力值，保证水管压力稳定在设定值范围。定值范围。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦设计任务o5.系统具有较强的抗干扰能力。系统具有较强的抗干扰能力。o6.显示管内水压、变频器的输出频率、工作水泵的数显示管内水压、变频器的输出频率、工作水泵的数量、各水泵的累计工作时间及控制参数。量、各水泵的累计工作时间及控制参数。o主要硬件设备：主要硬件设备：STC89C52单片机、单片机、ADC0809模拟模拟/数字转换芯片、数字转换芯片、CYG115型高压力传感器、型高压力传感器、TD2100专用恒压供水变压器、专用恒压供水变压器、LM7805
6、三端稳压器、三端稳压器、7407逻辑门驱动芯片、光耦、逻辑门驱动芯片、光耦、LED数码管等。数码管等。o以上选型仅供参考，具体设计时，可以自行根据实际以上选型仅供参考，具体设计时，可以自行根据实际情况进行调整。情况进行调整。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦整体方案设计o恒压无塔供水系统以恒压无塔供水系统以STC89C51单片机作为整个系统的控单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的接口功能，构成整个恒压供水控制制核心，应用其强大的接口功能，构成整个恒压供水控制的硬件系统。的硬件系统。o该系统具备同时控制多台水泵的功能，根据不同场合、不该系统具备同时控制多台水泵的功能
7、，根据不同场合、不同需要可以采取多台水泵同时运行、定时换泵等多种工作同需要可以采取多台水泵同时运行、定时换泵等多种工作方式。方式。o在水泵的出水管道上安装一个压力传感器在水泵的出水管道上安装一个压力传感器,用于检测管道压用于检测管道压力，并把其压力信号变成力，并把其压力信号变成05V的模拟电压信号，送到单的模拟电压信号，送到单片机系统的片机系统的A/D转换器输入端，经转换器输入端，经A/D转换后变成相应的转换后变成相应的数字信号，送入单片机进行数据处理。数字信号，送入单片机进行数据处理。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦整体方案设计o经单片机运算后的压力值与设定的压力值
8、进行经单片机运算后的压力值与设定的压力值进行比较，得出偏差值，再经比较，得出偏差值，再经PID调节得出控制参调节得出控制参数，然后经数，然后经D/A转换后变成转换后变成010V的模拟信的模拟信号，送入变频器控制其输出频率的大小，以此号，送入变频器控制其输出频率的大小，以此改变水泵的电机转速，从而达到控制管道压力改变水泵的电机转速，从而达到控制管道压力的目的。的目的。o当实际管道压力小于给定压力时，变频器输出当实际管道压力小于给定压力时，变频器输出频率升高，电机转速加快，管道压力升高；频率升高，电机转速加快，管道压力升高；版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦整体方案设计o反
9、之，变频器频率降低，电机转速减小，管道反之，变频器频率降低，电机转速减小，管道压力降低。如此上下调整多次，直到偏差值为压力降低。如此上下调整多次，直到偏差值为零为止。这样，实际压力值围绕设定压力值上零为止。这样，实际压力值围绕设定压力值上下波动，从而保持供水压力恒定。下波动，从而保持供水压力恒定。o压力值通过远传压力表检测，又经压力值通过远传压力表检测，又经A/D转换，转换，变成变成8位二进制数字，送入单片机进行位二进制数字，送入单片机进行PID运运算，其结果以算，其结果以PWM方式转换成模拟电压，控方式转换成模拟电压，控制变频器的频率。制变频器的频率。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩
10、竺秦主讲人：韩竺秦单片机的变频调速恒压供水系统的原理图单片机的变频调速恒压供水系统的原理图如图所示如图所示 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦整体方案设计o本系统具有变频器频率显示和实时压力值显示。供水系本系统具有变频器频率显示和实时压力值显示。供水系统一般有多台水泵，各泵的投入和切换既可自动控制，统一般有多台水泵，各泵的投入和切换既可自动控制，也可手动控制。也可手动控制。o为延长水泵的使用寿命，水泵电机全部实行软启动且遵为延长水泵的使用寿命，水泵电机全部实行软启动且遵循循FIFO(FirstinFirstOut)原则，即原则，即先启者先停先启者先停先启者先停先启者先停
11、的原则。的原则。o该系统以该系统以1台变频器控制台变频器控制3台水泵，其工作过程为：台水泵，其工作过程为：版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦整体方案设计o设设3台泵分别为台泵分别为1号泵、号泵、2号泵、号泵、3号泵，系统开始工作时，号泵，系统开始工作时，先由变频器起动先由变频器起动1号泵运行。号泵运行。o当工作频率达到当工作频率达到50Hz，而压力仍达不到要求时，则将，而压力仍达不到要求时，则将1号泵切换成工频运行，接着变频器起动号泵切换成工频运行，接着变频器起动2号泵，供水系统号泵，供水系统处于处于“1工工1变变”的运行状态。的运行状态。o当变频器工作频率又达到当变频
12、器工作频率又达到50Hz上限频率而压力仍不足上限频率而压力仍不足时，将时，将2号泵也切换成工频运行，再由变频器起动号泵也切换成工频运行，再由变频器起动3号泵，号泵，使供水系统处于使供水系统处于“2工工1变变”的运行状态。的运行状态。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦整体方案设计o如变频器的工作频率已经降到下限频率如变频器的工作频率已经降到下限频率(下限频率一般预下限频率一般预置为置为3035Hz)，而压力仍偏高时，则切除，而压力仍偏高时，则切除1号泵。号泵。o如变频器的工作频率又降到下限频率，而压力还是偏高如变频器的工作频率又降到下限频率，而压力还是偏高时，则令时，则令
13、2号泵也停机，此时只有变频器直接带动号泵也停机，此时只有变频器直接带动3号泵号泵变频工作，使供水管网的压力保持恒定。变频工作，使供水管网的压力保持恒定。o本系统硬件主要由本系统硬件主要由A/D转换器、转换器、D/A转换器、显示系统、转换器、显示系统、电源、复位电路、看门狗电路、运算放大电路以及时钟电源、复位电路、看门狗电路、运算放大电路以及时钟系统等几部分组成。各模块的主要功能如下系统等几部分组成。各模块的主要功能如下:版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦整体方案设计o1.A/D转换器的功能是把水管的压力信号经传感器转换转换器的功能是把水管的压力信号经传感器转换成成05V
14、的模拟电压信号转换成数字信号的模拟电压信号转换成数字信号,然后送入单片然后送入单片机。机。o2.D/A转换器的功能是把实际水压与设定压力之差经单转换器的功能是把实际水压与设定压力之差经单片机处理后输出的数据片机处理后输出的数据(8位立即数位立即数)转换成模拟电压信号，转换成模拟电压信号，用以控制变频器的输出频率，从而控制电机的转速，最用以控制变频器的输出频率，从而控制电机的转速，最终达到控制水压的目的。终达到控制水压的目的。o3.显示系统用于显示系统的工作状态。如设定的水压值、显示系统用于显示系统的工作状态。如设定的水压值、实际水压值、缺水和漏水警报等。实际水压值、缺水和漏水警报等。版权：韶关
15、学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦整体方案设计o4.供电电路就是为控制系统的正常工作提供电能。供电电路就是为控制系统的正常工作提供电能。o5.看门狗电路用于提高系统的抗干扰能力，并对系统进看门狗电路用于提高系统的抗干扰能力，并对系统进行实时监测。行实时监测。o6.运算放大电路将压力传感器输出的电流信号进行放大，运算放大电路将压力传感器输出的电流信号进行放大，提高其线性度。提高其线性度。o系统在使用时应注意：系统在使用时应注意：o(1)系统应装在干燥且通风条件好的场所。系统应装在干燥且通风条件好的场所。(2)电源电压电源电压的不平衡度要小。的不平衡度要小。(3)控制器的电源端采用过
16、压保护措施，控制器的电源端采用过压保护措施，以防雷电破坏控制系统。以防雷电破坏控制系统。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦系统的整体方案设计图如图所示系统的整体方案设计图如图所示 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦3 系统硬件电路设计o本设计所用本设计所用A/D模数转换电路采用通用的模数转换电路采用通用的ADC0809模拟模拟/数字转换芯片，它是一种数字转换芯片，它是一种8位数字输出的逐次逼近式位数字输出的逐次逼近式A/D转换器件，转换时间约为转换器件，转换时间约为100s。oADC0809由一个由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、路模拟开
17、关、一个地址锁存与译码器、一个一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通选通8个模拟通道，允许个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用路模拟量分时输入，共用A/D转转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字转换完的数字量，当量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。换完的数据。3.1 模数转换电路 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦oADC0809的主要性能有：的主要性能有：o1.8位逐次逼近型位逐次逼近型
18、A/D转换器，所有引脚的逻辑电平转换器，所有引脚的逻辑电平与与TTL兼容。兼容。o2.带锁存功能的带锁存功能的8路模拟量转换开关，可对路模拟量转换开关，可对8路路0V5V模拟量进行分时转换。模拟量进行分时转换。o3.输出具有三态锁存输出具有三态锁存/缓冲功能。缓冲功能。o4.分辨率：分辨率：8位。位。o5.转换时间：转换时间：100s。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦3.1模数转换电路模数转换电路o6.不可调误差：不可调误差：1LSB。o7.功耗：功耗：15mW。o8.工作电压：工作电压：+5V，参考电压标准值，参考电压标准值+5V。o9.片内无时钟，一般需外加片内无
19、时钟，一般需外加640KHz以下且不以下且不低于低于100KHz的时钟信号。的时钟信号。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o1.ADC0809内部带有输出锁存器，可以与内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单单片机直接相连。片机直接相连。o2.初始化时，使初始化时，使ST和和OE信号全为低电平。信号全为低电平。o3.将要转换通道的地址送到将要转换通道的地址送到A，B，C端口上。端口上。o4.在在ST端给出一个至少有端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。宽的正脉冲信号。o5.根据根据EOC信号来判断转换是否完毕。信号来判断转换是否完毕。o6.当当EOC变为高电平时，
20、令变为高电平时，令OE为高电平，这样转换的数据为高电平，这样转换的数据就输出给单片机了。就输出给单片机了。ADC0809的应用说明的应用说明 3.1模数转换电路模数转换电路 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o1.IN0IN7：8路模拟量输入端。路模拟量输入端。o2.2-12-8：8位数字量输出端。位数字量输出端。o3.ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路路模拟输入中的一路o4.ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。o5.START：A/D转换启动信号，输入高电平有效
21、。转换启动信号，输入高电平有效。o6.EOC：A/D转换结束信号。当转换结束信号。当A/D转换结束时，此端转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。ADC0809的各引脚功能的各引脚功能3.1模数转换电路模数转换电路 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o7.OE：数据输出允许信号，输入高电平有效。当：数据输出允许信号，输入高电平有效。当A/D转转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。输出数字量。o8.CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于：
22、时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHz。o9.REF（+）、）、REF（-）：基准电压。）：基准电压。o10.Vcc：5V电源。电源。o11.GND：地。：地。ADC0809的各引脚功能的各引脚功能3.1模数转换电路模数转换电路 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦oP1.4与写信号与写信号WR相或非，构成相或非，构成ADC0809的启动转换信号的启动转换信号（START）和锁存信号（）和锁存信号（ALE），锁存信号首先将地址），锁存信号首先将地址ADD-A，ADD-B，ADD-C锁存，选中锁存，选中8路模拟信号输入通路模拟信号输入通道中的某一路，然后启动信号将道
23、中的某一路，然后启动信号将A/D转换器的逐次逼近寄存转换器的逐次逼近寄存器复位并开始转换。器复位并开始转换。o转换时转换时ADC0809的的EOC（转换结束信号）脚为低电平，转（转换结束信号）脚为低电平，转换结束后，换结束后，EOC信号为高电平，信号为高电平，EOC的引脚与单片机的的引脚与单片机的P1.6相连。相连。ADC0809的工作原理的工作原理 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o当检测到当检测到P1.6脚高电平后，单片机发出读信号脚高电平后，单片机发出读信号RD，与译码器，与译码器输出信号相或非，使输出信号相或非，使ADC0809的的OE（输出允许）信号有效，（
24、输出允许）信号有效，转换后的数据就通过数据线送入单片机内，转换后的数据就通过数据线送入单片机内，ADC0809的时钟的时钟CLK由单片机的由单片机的ALE（地址锁存允许）用（地址锁存允许）用74LS74（D触发器）触发器）而分频后取得。而分频后取得。oADC0809的数据线的数据线D0D7直接与单片机的总线相连，模拟直接与单片机的总线相连，模拟信号通道地址信号通道地址A，B，C由由74LS373（三态输出锁存器）的（三态输出锁存器）的Q0，Q1，Q2提供，时钟提供，时钟CLK由单片机的由单片机的ALE（地址锁存允许）（地址锁存允许）二分频后取得，用二分频后取得，用74LS74（D触发器）把时钟
25、二分频，触发器）把时钟二分频，START和和ALE，OE分别与单片机的分别与单片机的WR，RD相连，这种安排相连，这种安排主要是为了满足主要是为了满足ADC0809的信号电平与时序的要求。的信号电平与时序的要求。ADC0809的工作原理的工作原理 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦模数转换电路如图所示模数转换电路如图所示 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦3.2 压力传感器与ADC之间运算放大电路o该控制系统选用该控制系统选用CYG115型高压力传感器来采集水管内水型高压力传感器来采集水管内水的压力值，的压力值，CYG115型高压力传感器的技术指
26、标为：型高压力传感器的技术指标为：o压力范围：压力范围：-100Kpa100Mpao工作温度：（传感器）工作温度：（传感器）-40+120，（变送器），（变送器）-25+85o过载能力：过载能力：200%FS或最大或最大120Mpao用途：适用于强碱性之外的所有介质的压力测量用途：适用于强碱性之外的所有介质的压力测量o特点：动静态压力均可测量，有较优良的动态特性特点：动静态压力均可测量，有较优良的动态特性压力传感器的选定压力传感器的选定 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o当采集模拟量时，一般的过程是：传感器当采集模拟量时，一般的过程是：传感器信号调理信号调理ADCMC
27、U。o信号调理部分在这一环节中起着至关重要的作用，它必须承信号调理部分在这一环节中起着至关重要的作用，它必须承担担电流、电压电流、电压转换，信号滤波和抑制噪声信号以利于后转换，信号滤波和抑制噪声信号以利于后续控制器进行续控制器进行A/D转换和控制，同时必须具有低温漂和低电转换和控制，同时必须具有低温漂和低电压偏移。压偏移。o由于由于CYG115输出的电流较低，且线性度不好，因此需要选输出的电流较低，且线性度不好，因此需要选用精密运算放大器来对其输出的电流进行放大，对于精密运用精密运算放大器来对其输出的电流进行放大，对于精密运算放大器本系统拟选用算放大器本系统拟选用OP07，OP07的技术特点为
28、：的技术特点为：运算放大电路运算放大电路3.2 压力传感器与ADC之间运算放大电路 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o1.低的输入噪声电压幅度：低的输入噪声电压幅度：0.35VP(0.1Hz10Hz)o2.极低的输入失调电压：极低的输入失调电压：10Vo3.极低的输入失调电压温漂：极低的输入失调电压温漂：0.2V/o4.低的输入偏置电流：低的输入偏置电流：1nAo5.高的共模抑制比：高的共模抑制比：126dBo6.宽的共模输入电压范围：宽的共模输入电压范围：14Vo7.宽的电源电压范围：宽的电源电压范围：3V22V运算放大电路运算放大电路3.2 压力传感器与ADC之间
29、运算放大电路 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦CYG115和和0P07的连接如图所示的连接如图所示 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦3.3D/A输出电路输出电路o为了防止外界的干扰，为了防止外界的干扰，D/A输出采用光耦隔离输出采用光耦隔离式，并采用式，并采用LM358双运放组成双运放组成D/A输出及驱输出及驱动电路。动电路。oP2.7定时输出占空比与频率相对应的定时输出占空比与频率相对应的PWM调调制信号，通过二极运算放大器后，在制信号，通过二极运算放大器后，在LM358的第的第1引脚输出与频率相对应的电压信号。在引脚输出与频率相对应的电压
30、信号。在输出端调节电位器可以调整输出电压的大小，输出端调节电位器可以调整输出电压的大小，两放大器之间的两放大器之间的RC电路起到滤波的作用。电路起到滤波的作用。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦D/A输出电路如图所示输出电路如图所示 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦3.4 变频器的应用o随着科学技术的进步以及大规模集成电路和微机技术的迅随着科学技术的进步以及大规模集成电路和微机技术的迅速发展，交流电机变频调速技术己日趋完善，变频调速器速发展，交流电机变频调速技术己日趋完善，变频调速器用于交流异步电动机调速，其性能超过以往任何一种交流用于交流异步
31、电动机调速，其性能超过以往任何一种交流调速方式。调速方式。o单片机变频调速恒压供水系统，就是微机技术和变频调速单片机变频调速恒压供水系统，就是微机技术和变频调速技术最典型的应用，近几年在我国逐渐盛行起来，它具有技术最典型的应用，近几年在我国逐渐盛行起来，它具有节能、安全、保护设备、自动化程度高、造价低、供水压节能、安全、保护设备、自动化程度高、造价低、供水压力稳定等优点，且非常适用于高层建筑、住宅小区锅炉的力稳定等优点，且非常适用于高层建筑、住宅小区锅炉的自动供水需要，同时安装调试方便自动供水需要，同时安装调试方便,功能全面，可靠性高，功能全面，可靠性高，抗干扰能力强。抗干扰能力强。版权：韶关
32、学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦3.4 变频器的应用o通过耗电比较，发现采用变频器的恒压控制系统比采用回流的通过耗电比较，发现采用变频器的恒压控制系统比采用回流的恒压控制系统节约电能恒压控制系统节约电能53%左右，电源频率下降左右，电源频率下降40%，水，水泵出口压力降低泵出口压力降低57%。由于电机转速的普遍下降，电机和水。由于电机转速的普遍下降，电机和水泵的运行状况明显改善，延长了使用寿命，降低了设备的维修泵的运行状况明显改善，延长了使用寿命，降低了设备的维修费用。同时，由于变频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲费用。同时，由于变频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲击。击。
33、o该控制系统的水泵电机全部实行软启动该控制系统的水泵电机全部实行软启动,以先启先停为原则。以先启先停为原则。启动方式：为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，启动方式：为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦3.4 变频器的应用o交流异步电动机的转速表达式为：交流异步电动机的转速表达式为：oN=60f(1-S)/Po式中式中N为异步电动机转速，为异步电动机转速，f为电源频率，为电源频率，S为电动为电动机转差率，机转差率，P为电动机定子绕组极对
34、数。水泵生产为电动机定子绕组极对数。水泵生产时，时，P，S已确定，异步电动机的转速随频率增大已确定，异步电动机的转速随频率增大而增加，随电源频率的减小而降低。交流变频器正而增加，随电源频率的减小而降低。交流变频器正是通过均匀地改变输入异步电动机定子的供电频率，是通过均匀地改变输入异步电动机定子的供电频率，来调节电动机的转速的。来调节电动机的转速的。变频调速原理变频调速原理 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o1.压力、流量、水位等容易控制。压力、流量、水位等容易控制。o2.由阀门关小引起的管阻损失可节约。由阀门关小引起的管阻损失可节约。o3.便于和上位微机联接。便于和上
35、位微机联接。o4.容易实现反复多次的起动和停止。容易实现反复多次的起动和停止。o5.启动平稳，简化了启动设备，控制方便，系统组启动平稳，简化了启动设备，控制方便，系统组成简单，操作方便。成简单，操作方便。o6.系统运行成本低。系统运行成本低。o7.安全可靠性高。安全可靠性高。o8.具有特殊的具有特殊的“休眠休眠”功能，节约用水用电。功能，节约用水用电。采用变频调速控制的优点采用变频调速控制的优点 3.4 变频器的应用 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o该控制系统选用艾默生推出的专用恒压供水变压器该控制系统选用艾默生推出的专用恒压供水变压器TD2100，TD2100变频
36、器是供水专用变频器，其功率范变频器是供水专用变频器，其功率范围广，功能丰富。专用于城乡住宅小区供水，城市集中供围广，功能丰富。专用于城乡住宅小区供水，城市集中供热供水，无塔供水装置，工业企业供油，供水装置等等。热供水，无塔供水装置，工业企业供油，供水装置等等。其主要技术特点为：其主要技术特点为：o1.采用最新的采用最新的IPM智能功率模块。智能功率模块。o2.优化空间电压矢量控制技术。优化空间电压矢量控制技术。o3.低电感母线技术，极大提高了模块的安全性。低电感母线技术，极大提高了模块的安全性。变频器的选择变频器的选择3.4 变频器的应用 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩
37、竺秦o4.先进的硬件组合：电机控制专用芯片先进的硬件组合：电机控制专用芯片DSPCPLDMCU。o5.瞬间停电再启动，实施对旋转中电机的平滑无冲击启动。瞬间停电再启动，实施对旋转中电机的平滑无冲击启动。o6.冷却风扇的启动，受内部温度控制，可以延长风扇寿命。冷却风扇的启动，受内部温度控制，可以延长风扇寿命。o7.符合国际标准的防护设计。符合国际标准的防护设计。o8.自动设定最多自动设定最多6段压力运行。段压力运行。o9.12种运行模式任意选择。种运行模式任意选择。o10.内置内置PID，自整定，自整定PI参数。参数。o11.采用标准采用标准RS485接口，开放的通信协议。接口，开放的通信协议。
38、变频器的选择变频器的选择3.4 变频器的应用 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦oTD2100具有多项供水专用控制功能，使得其应用相当方具有多项供水专用控制功能，使得其应用相当方便：便：o1.闭环设定方式o数字电压设定、数字压力设定、模拟电压设定、模拟电流数字电压设定、数字压力设定、模拟电压设定、模拟电流设定和上位机串行通讯设定。设定和上位机串行通讯设定。o2.闭环控制选择o普通普通PI控制、控制、UP/DWN端子闭环控制、自学习端子闭环控制、自学习PI控制和控制和优化模式优化模式PI控制。控制。变频器的选择变频器的选择3.4 变频器的应用 版权：韶关学院版权：韶关学院
39、 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o3.供水模式选择o有变频泵固定有变频泵固定/循环工作方式选择，可采用先启先停或先启循环工作方式选择，可采用先启先停或先启后停模式，共后停模式，共8种供水组合控制模式。可实现最多种供水组合控制模式。可实现最多4台变频台变频循环泵或循环泵或7台变频固定泵方式控制。台变频固定泵方式控制。o4.常规日定时控制o实现每日实现每日6个时间段的压力数字设定。个时间段的压力数字设定。o5.指定日定时控制o可指定周日或选择年可指定周日或选择年/周循环方式下的周循环方式下的3个指定日期段，并个指定日期段，并能实现每日能实现每日6个时间段的压力数字设定。个时间段的压力数字设定。变频器
40、的选择变频器的选择3.4 变频器的应用 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o6.定时轮换控制o09999小时可设。小时可设。o7.消防控制o有有4种消防模式可供选择：恒压消防、所有泵切换到工频运行、种消防模式可供选择：恒压消防、所有泵切换到工频运行、生活供水照常启动消防泵、关闭生活用水启动消防泵。生活供水照常启动消防泵、关闭生活用水启动消防泵。o8.排污泵控制o可设定可设定1台排污泵，能自动检测污水池液位或根据液位开关信台排污泵，能自动检测污水池液位或根据液位开关信号实现自动排污。号实现自动排污。变频器的选择变频器的选择3.4 变频器的应用 版权：韶关学院版权：韶关学院
41、 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o9.夜间休眠泵控制o可设定可设定1台休眠小泵，其中休眠起台休眠小泵，其中休眠起/止时间，休眠压力及偏差容止时间，休眠压力及偏差容限可设。限可设。o变频器在使用时应注意：o1.变频器应装在干燥且通风条件好的场所。变频器应装在干燥且通风条件好的场所。o2.电源电压的不平衡度要小。电源电压的不平衡度要小。o3.控制器的电源端采用过压保护措施，以防雷电破坏控制系统。控制器的电源端采用过压保护措施，以防雷电破坏控制系统。o4.启动前变频器要复位。启动前变频器要复位。变频器的选择变频器的选择3.4 变频器的应用 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦3.
42、5 抗干扰措施o因变频器有较强的电磁辐射波，电源环境比较恶劣，因此必须因变频器有较强的电磁辐射波，电源环境比较恶劣，因此必须采用多种抗干扰措施，使系统可靠运行得到保证。常用的抗干采用多种抗干扰措施，使系统可靠运行得到保证。常用的抗干扰措施有：扰措施有：o1.使用计算机专用电源滤波器和超屏蔽电源变压器。使用计算机专用电源滤波器和超屏蔽电源变压器。o2.输入、输出均经光电隔离，不与输入、输出均经光电隔离，不与CUP共地。共地。o3.控制信号连接选用屏蔽线控制信号连接选用屏蔽线,屏蔽层良好接地。传输线选用双绞屏蔽层良好接地。传输线选用双绞合线，对线电阻、电磁干扰有较强的抑制效果。合线，对线电阻、电磁
43、干扰有较强的抑制效果。o4.采用数字滤波软件技术。采用数字滤波软件技术。o5.利用看门狗电路，防止程序跑飞。利用看门狗电路，防止程序跑飞。版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o工控系统在运行时，通常都会遇到各种各样的现场干扰，抗工控系统在运行时，通常都会遇到各种各样的现场干扰，抗干扰能力是衡量工控系统性能的一个重要指标。干扰能力是衡量工控系统性能的一个重要指标。o看门狗看门狗(Watchdog)电路是自行监测系统运行的重要保证，电路是自行监测系统运行的重要保证，几乎所有的工控系统都包含看门狗电路。几乎所有的工控系统都包含看门狗电路。o看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗
44、两种。软件看门看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，而且若系统软件运行不正常，可能在许多系统中很难办到，而且若系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。导致看门狗系统也瘫痪。3.5 抗干扰措施 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦o硬件看门狗是真正意义上的硬件看门狗是真正意义上的“程序运行监视器程序运行监视器”，如计数型的看门狗电路通常由如计数型的看门狗电路通常由555多谐振荡器、计多谐振荡器、计数器以及一些电阻、电容等组成，分立
45、元件组成的数器以及一些电阻、电容等组成，分立元件组成的系统电路较为复杂，运行不够可靠。系统电路较为复杂，运行不够可靠。o基于以上考虑，本系统采用基于以上考虑，本系统采用X25045芯片设计一芯片设计一种新的看门狗电路，它具有体积小、占用种新的看门狗电路，它具有体积小、占用I/O口线口线少和编程方便等特点，可广泛应用于仪器仪表和各少和编程方便等特点，可广泛应用于仪器仪表和各种工控系统中。种工控系统中。抗干扰电路抗干扰电路3.5 抗干扰措施 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦oX25045是美国是美国Xicor公司的生产的标准化公司的生产的标准化8脚集成电路，它将脚集成电路
46、，它将EEPROM、看门狗定时器、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。抗干扰电路抗干扰电路3.5 抗干扰措施 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦X25045引脚如图所示引脚如图所示 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦oX25045其引脚功能如下：oCS：片选择输
47、入。：片选择输入。oSO：串行输出，数据由此引脚逐位输出。：串行输出，数据由此引脚逐位输出。oSI：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入X25045。oSCK：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出。：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出。oWP：写保护输入。当它低电平时，写操作被禁止。：写保护输入。当它低电平时，写操作被禁止。oVss：地。：地。oVcc：电源电压。：电源电压。oRESET：复位输出。：复位输出。抗干扰电路抗干扰电路3.5 抗干扰措施 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦3.5
48、抗干扰措施oX25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。置系统的监控时间。o在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X25045将从将从RESET输出一个高电平信号，经过微分电路输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使输出一个正脉冲，使CPU复位。复位。o看门狗定时器的预置时间是通过看门狗定时器的预置时间是通过X25045的状态寄存器的的状态寄存器的相应位来设定的。相应位来设定的。X25045状态寄存器共有状态寄存器共有6位有含义，其位有含义，其中中WD1、
49、WD0和看门狗电路有关，其余位和和看门狗电路有关，其余位和EEPROM的的工作设置有关。工作设置有关。抗干扰电路抗干扰电路 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦3.5 抗干扰措施oWD10，WD0=0，预置时间为，预置时间为1.4s。oWD10，WD0=1，预置时间为，预置时间为0.6s。oWD11，WD0=0，预置时间为，预置时间为0.2s。oWD11，WD0=1，禁止看门狗工作。，禁止看门狗工作。o看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。系统正
50、常工作时最大循环周期的时间略长即可。抗干扰电路抗干扰电路 版权：韶关学院版权：韶关学院 主讲人：韩竺秦主讲人：韩竺秦3.5 抗干扰措施o编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别的方法无法捕捉回程序时，则看门狗定时时间很快的方法无法捕捉回程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间，迫使系统复位。增长到预置时间，迫使系统复位。抗干扰电路抗干扰电路 版权：韶关学院版权：韶关学院