基于单片机的智能潜水泵保护器设计研究.docx

基于单片机的智能潜水泵保护器设计研究.docx

《基于单片机的智能潜水泵保护器设计研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的智能潜水泵保护器设计研究.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的智能潜水泵保护器设计研究

摘要

在农业中,潜水泵被广泛应用。

但是由于长期工作在水下，工作环境十分恶劣，电动机烧坏的事故时有发生。

而大部分是水泵绕组烧坏，其主要原因是水泵缺水运行。

针对这一常见的故障，特设计了一种用于潜水泵监测保护的控制器。

本文设计了两种保护工作模式，一种定位抽水工作方式：

当水池水位低于下水位，自动启泵，当达到上水位自动停泵；在抽水过程中，若水泵缺水，水泵应自动停机，延时一定时间后再自动启泵，延时时间可以由用户根据水源情况，自己设定和修改。

另一种是定时抽水工作方式：

系统能根据设定的抽水时间间隔和每次抽水时间，自动启停泵。

这样就可以很好的避免因水泵缺水，而导致水泵绕组烧坏。

同时本文还介绍了智能潜水泵保护控制器的总体设计思路，并给出了详细的硬件电路图和软件流程。

关键词：

单片机AT89C51;潜水泵；保护控制器

Abstract

Inagriculture,submersiblepumpiswidelyused.Butasaresultoflong-termworkinunderwater,workenvironmentisverybad,motorburned-outaccidentsoccurfrequently.Andmostiswaterpumpwindingburnout,themaincauseisthewaterpumpoperation.Thecommonfailure,speciallydesignedforsubmersiblepumpmonitoring,protectionofthecontroller.

Inthispaper,twokindsofprotectionworkmode,apositioningpumpingmode:

whenthepoolwaterlevelbelowthewaterlevel,automaticandpump,whenthewaterleveltobeautomaticstoppump;Inthepumpingprocess,ifthewaterpump,waterpumpshouldbeautomaticstop,delaytimeaftertheautomaticandpump,delaytimecanbemadebytheuseraccordingtothewatersituation,settingandmodification.Anotherkindistimingpumpingmode:

thesystemcansetaccordingtothepumpingtimeintervalandeachpumpingtime,automaticstart-stoppump.Thiscanbeverygoodtoavoidbecauseoftheshortageofwaterpump,andleadtowaterpumpwindingburnout.Atthesametime,thispaperalsointroducedtheintelligentsubmersiblepumpprotectioncontrolleroftheoveralldesigntrainofthought,andgivesthedetailedhardwarecircuitdiagramandsoftwareflowchart.

Keywords:

AT89C51singlechip,Submersiblepump,Protectioncontroller

第1章绪论

1.1设计的背景和意义

水，是世界上最宝贵的自然资源之一，目前人类可利用的淡水资源，大约只占全球水资源总量的0.5%。

我国人均水资源拥有量2300

，只及世界水平8840

的1/4，居世界第121位，已被联合国列为13个贫水国家之一。

受季风气候的影响，我国的降雨时空分布极不均匀．我国的年均降雨量从东南向西北递减，从东南的1600毫米递减到西北的不足200毫米，而且80%以上的降雨集中在6-9月．同时，我国的水、土资源分布极不匹配，南方的土地资源只占全国土地资源的38%，而水资源量占全国的80%；北方的土地资源占全国的62%，而水资源量却只占全国的20%。

我国81%的耕地分布在北方，自然降雨很难从时间上和数量上满足作物的生长需要。

这种水资源严重匮乏，时空分布极不均衡的状况对我国农业生产影响极大。

如果没有灌溉设施或者设施不足，大量的北方耕地将无法播种，并将导致农作物大面积减产。

出于粮食安全方面的考虑我国政府一直十分重视农田水利基础设施的建设，以提高有效灌溉面积。

目前，占我国耕地面积近一半的灌溉耕地贡献了全部粮食产量的75%。

为了保证粮食自给，维护国家粮食安全，我国政府把加强农业灌溉系统的建设，发展农业灌溉作为一项提高农业综合生产能力的长期措施。

其中作为农业灌溉系统主要的供水设备，已经日益得到普及，但由于受上文所说的季节及降雨变化的影响，灌溉时经常会出现水源不足的状况，常常会因为缺水导致导致水泵电机绕组烧坏。

因此，如何解决单相水冷式潜水泵水源水位变化大、水源不足的情况下实现安全稳定的运行对于农业灌溉，甚至农业安全生产具有十分重要的意义。

1.2潜水泵的研究及发展现状

潜水泵将电动机和水泵直接连接在一起，同时潜入水中，形成一种结构简单、紧凑的独特泵类。

潜水泵装置一般由进水流道、潜水泵和出水流道组成。

潜水泵装置有多种型式，与之相配套的进、出水流道也有所差别。

卧式安装的潜水贯流泵装置进、出水流道形状简单，水流基本上轴向通过流道，符合水泵叶轮设计的基本假设条件；立式安装的潜水泵装置进出水流道型式较多且比较复杂，进水流道一般有肘形、钟形、簸箕形及双向进水流道等，出水流道可以有虹吸式、直管式、蜗壳式及双向出水流道等。

潜水泵由水泵和潜水电机同轴组成，泵与潜水电机之间的密封油室内装有机械密封以保证良好的密封性。

潜水泵装置作为一种灯泡比较小的灯泡贯流泵装置，其机组结构与灯泡贯流泵装置同样复杂，这包括电机的支撑方式、传动方式、水泵导轴承等。

由于其优点很多，近20年来发展很快，在我国已经广泛应用于国民经济各部门。

我国60年代开始生产NQ型农用深井潜水泵，以后经过改进，发展到现在的QJ型的深井潜水泵，广泛用于工业灌溉和工矿企业供排水，主要的生产厂家有石家庄潜水泵厂、吉林市水泵厂、解州潜水电泵厂、淄博潜水电机厂、沈阳潜水泵厂等。

我国于1958年由上海人民电机厂开始生产7KW的作业潜水电泵，到60年代发展为QY型潜水电泵（电机内充油），共四个规格，流量分别为15、25、65、l00

／h。

到70年代发展了QS系列小型潜水电泵（电机内充水），主要用于农业排灌。

到80年代又发展了干式电机QX和QDX小型潜水电泵，其生产厂家主要有上海人民电机厂、杭州水泵总厂、泰州潜水电泵厂等。

80年代后期，国内开始生产污水潜水电泵，叶轮的形式有单叶片、半开式、开式多叶片式、旋流式单、单流道式、双流道式和螺旋离心式等，其主要生产厂家有江苏亚太水工机械集团公司、南京兰深制泵集团公司等。

在农业排灌方面，经过多年的发展，潜水泵装置已在排灌工程中逐步推广，取得了想当可观的经济效益和社会效益。

就辽宁省沈阳市而言，至1997年底，全市已有潜水泵站60多座，共164台套潜水泵装置。

此外，地处淮河中游的安徽省霍邱县，先后在刘李一、二级电灌站，洪集老圩、花园小圩等多处采用的都是潜水泵装置。

这些潜水式排灌泵站装置结构紧凑，可以大大减少土建和设备投资，维护管理方便，在传统农业走向现代农业的进程中起着重要的作用。

目前潜水泵的趋势是发展大中型的潜水泵。

潜水泵在水下工作，这就给泵和电机的维护带来了不便．潜水泵特别是大型潜水泵的绕组烧坏故障一直是使用者急需解决的问题，其中导致潜水泵电机绕组烧坏的最主要原因正是水源缺水时，电机依然无法停止工作，造成空转烧坏。

然而目前专门针对潜水泵这一故障的研究并不多，而本文正是基于此选题，对潜水泵故障进行研究，具有以下重要意义：

（1）可以提高潜水泵运行的安全可靠性，及时发现异常或隐患，当设备发生事故时，把事故限制在最小的范围为内，使潜水泵运行的安全可靠性大大提高。

（2）提高经济性。

通过单片机控制系统，使设备使用寿命最长和意外停机事故最小，从而减少消耗和维修工作量，也防止了因不必要的检修而出现的人为事故，使维修费用降到最少。

（3）提高劳动生产率。

通过软件控制，可以减少人工操作，进一步提高科学管理水平，

减少人员和运行费用，改善工作条件，从而使劳动生产率得以提高。

（4）对生产厂家来说，应用配套的控制系统及其软件控制，以避免类似故障的发生，从而提高产品的设计。

制造水平，增强产品的市场竞争能力。

1.3本设计的主要工作

根据国内外关于潜水泵研究的现状和发展趋势，本文结合水泵的具体应用，基于传感器，单片机元器件组成的智能供水控制系统的方案，给出了系统硬件设计及软件实现方法，实现对水泵运行的智能控制，以解决潜水泵电机绕组在缺水情况下的烧坏故障。

主要内容包括：

（1）潜水泵控制系统硬件的设计。

（2）潜水泵控制系统软件的设计。

（3）潜水泵在不同水位工况下的调试试验。

第2章总体方案

2.1总体方案分析

本设计采用AT89C51单片机为核心，3个微型水位检测开关实时检测水位，同时实现对水泵的保护与控制。

其实际安装示意图如2-1所示：

图2-1安装示意图

其中，S1安装于潜水泵上，用于检测水泵水位，S3和S2安装于水塔或灌溉区域，检测上，下水位。

用户通过保护控制器键盘，可以设置工作模式，定时抽水时间，缺水保护时间三种参数。

工作模式有两种，第一是定位工作模式，用户必须先安装好上下水位。

第二是定时工作模式，用户可以省去上下水位开关检测，但是必须根据经验能够确定定时抽水时间，并预先设置参数。

缺水保护时间的设定，也必须由用户根据水源的流量预先设置。

当选择好定位抽水工作模式后，按下启动键，保护控制器即可接通潜水泵工作电源，开始抽水。

同时，控制器实时检测水源水位和上，下水位，如果水源不足，泵体露出水面，控制器即可自动切断水泵电源，按照预先设定的缺水保护时间等待，同时控制器继续检测水源水位，一旦达到设定的缺水保护时间，并且水源水位检测满足开机条件，控制器自动重启水泵，一直到上水位开关被淹，水泵停止工作。

当水塔或灌溉区域的水位低于下水位后，控制器即可控制水泵自动重启，重复以上工作实现全自动供水。

当选择好定时抽水工作模式后，按下启动键，保护控制器即可接通潜水泵工作电源，开始倒计时抽水。

当如果水源不足，泵体露出水面，控制器自动切断水泵电源，进入保护延时，一旦达到设定的缺水保护时间，并且水源水位检测满足开机条件，控制器自动重启水泵，一直到倒计时时间为零，水泵停止工作。

2.2系统总体设计框图

控制器的总体机构分为电源电路、水位监测模块、显示模块、无触点开关控制电路。

如图2-2所示：

图2-2系统总体设计框图

1电源电路：

主要为系统提供5V电源。

2水位监测模块：

主要是采用3个水位器分别监测水泵的水位，以及水池的上、下水位。

3显示模块：

主要用于显示系统的各项工作参数。

4无触点开关控制电路：

主要用于控制水泵电机电源的通断。

第3章硬件电路设计

3.1电路设计

下面分别介绍基于单片机智能潜水泵保护器设计的硬件电路原理、元件功能与选型及硬件结构设