智能给水控制电路的设计.doc

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基于单片机的智能给水控制电路的设计

摘要

本文利用微处理器来控制水泵转速，根据转速与水流压力关系特点，结合单片机技术设计了一种较为完善的智能控制的生产/生活供水系统，本文采用STC89C52单片机作为系统的微处理器，该控制器的硬件由数据采集、步进电机控制、水压传感器和电源等模块组成,利用单片机外接ADC转换器采集管道压力,同时控制ADC模块的输出,以改变水泵的运转速率,从而维持水压的动态稳定。

水管中的压力传感器输出的模拟量通过AD转换成数字量输出到单片机，在这之前要将数据采集程序、单片机控制步进电机程序等输入到单片机内，单片机再通过输入的模拟量来调节步进电机的转速，从而改变水泵的频率，使水压达到动态稳定。

若水压超出事先设定的范围，此时红色二极管就会发光以示警告，若压力在正常范围内则绿色二极管发亮以示正常。

该系统能够满足一个小区或一栋高楼居民对供水的需求,且具有高性能、高可靠性、低成本、低能耗等特点。

关键词恒压供水；数据采集；变频调速；单片机控制

Abstract

Thispaperusingthemicroprocessortocontrolwaterpumprotationspeed,speedandthepressurerelationshipaccordingtoflowcharacteristic,thecombinationofsinglechipmicrocomputerdesignakindofmoreperfectintelligentcontrolproduction/lifewatersupplysystem,thepaperSTC89C52microcontrollerasthesystemofthemicroprocessor,thiscontrollerhardwarethedataacquisition,stepmotorcontrol,waterpressuresensorandpowersupplymodule,usingsinglechipcomputerexternalADCconvertercollectionlinepressure,andthecontrolofADCmodulesoftheoutput,tochangewaterpumpoperationrate,thuskeepingthewaterpressuredynamicstability.WaterpipespressuresensoroutputanalogquantitythroughtheADtransformintodigitaloutputtotheSCM,andbeforethattothedatacollectionproceduresandsingle-chipmicrocomputercontrolprocedureofthesteppingmotorinputtothesinglechipinside,SCMagainthroughtheinputanalogquantitiestoadjustthespeedofthesteppingmotor,whichchangesthefrequencyofthewaterpump,waterpressuretoadynamicstability.Ifthewaterpressureisbeyondthescopeofthesetin,rightnowthereddiodeshinetoshowwarned,ifthepressureinthenormalrangegreendiodeasnormalglisteningprojects.Thesystemcanmeettheacommunityoratowerofwatersupplytheneedsoftheinhabitants,andhasahighperformance,highreliability,lowcost,lowenergyconsumption,etc.

Keywords：

constantpressurewatersupply;datacollection;variablefrequencyspeedregulation;single-chipmicrocomputercontrol

目录

摘要 1

Abstract 2

1绪论 1

1.1课题概述 1

1.1.1课题的应用背景及意义 1

1.1.2变频恒压供水系统的优势 1

2基于单片机的智能给水控制电路的设计 2

2.1系统总体设计 2

2.1.1系统设计思路 2

2.1.2系统总体原理框图 2

2.2单片机的简介 3

2.2.1单片机概述 3

2.2.2单片机主要特征 3

2.2.3工作模式及引脚说明 4

2.3AD0804转换器 7

2.4步进电机 10

2.4.1步进电机概述 10

2.4.2步进电机原理 11

2.4.3步进电机主要特性：

11

2.5步进电机驱动器的设计 12

2.5.1电机驱动器的简介 12

2.5.2ULN2003的原理及特性 12

2.5.3ULN2003的引脚说明 13

2.6压力传感器的设计 14

2.6.1压力传感器的简介 14

2.6.2压力传感器的原理 14

2.7时钟电路的设计 15

2.8复位电路 16

2.8.1单片机复位电路的类型 16

2.9模数转换电路的设计 17

2.9.1A/D转换的基本原理 17

2.9.3A/D转换器的主要技术指标 18

2.10单片机控制步进电机电路 18

2.10.1步进电机与单片机的接法说明 18

2.10.2步进电机的驱动方式 19

2.11电源电路 19

2.11.1电源电路的分类 19

2.11.2电源电路的设计 20

3系统的软件设计 21

3.1系统软件流程图 21

3.2主程序设计 22

4总结 26

参考文献 27

附录1系统总电路图 28

附录3实物图 29

致谢 31

36

1绪论

1.1课题概述

1.1.1课题的应用背景及意义

随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统的可靠性要求不断提高。

衡量供水质量的重要标准之一是供水压力是否恒定，因为水压恒定于某些工业或特殊用户是非常重要的，如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，会造成更大的经济损失或人员伤亡.但是用户用水量是经常变动的，因此用水和供水之间的不平衡的现象时有发生，并且集中反映在供水的压力上:

用水多而供水少，则供水压力低;用水少而供水多，则供水压力大。

保持管网的水压恒定供水，可使供水和用水之间保持平衡，不但提高了供水的产量和质量，也确保了供水生产以及电机运行的安全可靠性。

1.1.2变频恒压供水系统的优势

近年来，随着变频调速技术在供水系统中得到广泛的应用，这当然得益于变频调速技术的日益成熟，以及显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，。

智能给水控制系统对水泵电机实行无级调速，根据用水量及水压变化通过微机检测、运算，自动改变水泵转速保持水压恒定以满足用水要求，是目前最合理的节能供水系统。

与传统的水塔、高位水箱、气压罐等供水方式比较，不论是投资、运行的经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有优势：

（1）节能高效。

与传统供水方式相比变频恒压供水能节能30%-60%。

（2）投入少，占地面积小，效率高。

　　（3）自动化程度高，灵活可靠。

配置灵活，功能齐全。

　　（4）合理运行，因为一天内的平均转速下降，轴上的平均磨损和扭矩减少，水泵的寿命将大为提高。

（5）杜绝了很多传染疾病，因为智能给水控制系统直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染。

（6）省时省力，操作便捷。

2基于单片机的智能给水控制电路的设计

2.1系统总体设计

2.1.1系统设计思路

本文采用STC89C52单片机作为系统的微处理器，该控制器的硬件由数据采集、步进电机控制、水压传感器和电源等模块组成,利用单片机外接ADC转换器采集管道压力,同时控制ADC模块的输出,以改变水泵的运转速率,从而维持水压的动态稳定。

水管中的压力传感器输出的模拟量通过AD转换成数字量输出到单片机，在这之前要将数据采集程序、单片机控制步进电机程序等输入到单片机内，单片机再通过输入的模拟量来调节步进电机的转速，从而改变水泵的频率，使水压达到动态稳定。

若水压超出事先设定的范围，此时红色二极管就会发光以示警告，若压力在正常范围内则绿色二极管发亮以示正常。

2.1.2系统总体原理框图

系统大体可分为以下几个模块，分别是压力传感器采集管道压力，模数转换电路，转换数据以数字量输入单片机，单片机控制步进电机，步进电机调整水泵转速等模块，这几大模块共同构成了系统总体框架，如图2-1所示。

图2-1系统原理框图

2.2单片机的简介

2.2.1单片机概述

单片机诞生于20世纪70年代，象Fairchild公司研制的F8单片微型计算机。

所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元和数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。

它是一种集成电路芯片。

它采用超大规模技术将具有数据处理能力的微处理器（CPU）、存储器（含程序存储器ROM和数据存储器RAM）、输入、输出接口电路（I/O接口）集成在同一块芯片上，构成一个即小巧又很完善的计算机硬件系统，在单片机程序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

所以说，一片单片机芯片就具有了组成计算机的全部功能。

[1]

2.2.2单片机主要特征

STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

其主要特征有：

1.增强型8051单片机，指令代码完全兼容传统8051.12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

2.工作电压：

3.8V～2.0V（3V单片机）/5.5V～3.3V（5V单片机）

用户应用程序空间为8K字节

3.工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz.。

4.片上集成512字节RAM。

5.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载