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1、摘 要随着社会主义市场经济的发展，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的趋势。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。本系统从变频调速恒压供水的特点及常用的控制策略、单片机及变频控制技术、单片机控制系统的组成、系统硬件的选型和连接、系统程序设计、PID控制等方面，做了细致的论述。变频调速恒压供水系统是采用交流变频调速技术和单片机技术实现自动给水的机电一体化供水系
2、统。应用单片机技术，变频技术与机电泵组相结合，根据供水管网用水情况，调整水泵转速，实现全自动恒压供水，既高效又节能。解决了因楼层太高而导致压力不足及小流量时能耗大的问题。关键词：恒压供水;51单片机；压力传感器；PIDThe Design of The Constant Pressure Water Supply System Based on 51 SCMAbstractThe variable frequency constant pressure automation water supply system is the mechanical and electronic integra
3、tion system that adopts the AC variable frequency speed governing and SCM technology to achieve automatic water supply.With the SCM technology, variable frequency technology and pump groups, the system adjust the speed of the pump and achieve the constant pressure water supply with high efficiency a
4、nd energy saving according to the water consuming condition in the water flow pipe.This paper proposes a frequency control system solutions which is a closed loop PID system controlling the water supply pressure. This system realizes the switch between variable frequency and power frequency that mak
5、es the pump motor achieve soft start. This system has the characteristics of energy saving, good adjustment, high operation reliability and good control flexibility. This system adjusts the speed of the pump motor automatically according to the change of the water consuming condition of the flow pip
6、e to keep the preset constant water pressure and required water flux. And send out a signal when the fire happens that makes pump motors to provide required water pressure. This system can be used in the residence community. It not only saves energy, but also has high security. The system has discus
7、sed in details the aspect about characteristics of variable-frequency constant-pressure water supply, common used control strategy, technical flow of water supply, SCM and variable frequency technology, the makeup of SCM control system, the selection and connection of system hardware, the design of
8、system programs, the PID control arithmetic and so on.Key words: Constant Pressure Water Supply；51SCM；Pressure transducer；PID;目 录第一章 绪论11.1 论文选题背景及研究意义11.1.1 选题背景11.1.2 研究意义11.2 国内外研究现状21.3 论文研究的主要内容3第二章 系统总体方案设计52.1 系统控制系统方案设计52.1.1 开环控制系统52.1.2 闭环控制系统52.1.3 控制方案选定62.2 系统总体方案设计62.2.1 系统控制器的选择62.2.2
9、 检测元件的选择82.2.3 输入通道方案选择102.2.4 输出通道方案选择102.2.5 变频器控制方式选择122.3 外围接口设备的选择132.3.1 显示器的选择132.3.2 键盘的选择142.4 系统总体方案设计14第三章 系统硬件设计163.1 控制系统单元电路设计163.1.1 引脚特性163.1.2 时钟电路的设计183.1.3 复位电路的设计183.2 信号检测电路设计193.3 前向通道电路设计203.4 外围设备接口电路设计223.4.1 键盘电路接口电路设计223.4.2 显示接口电路设计223.4.3 报警电路243.5 D/A转换电路243.6 接触器控制电路26
10、电源电路设计27第四章 系统软件设计284.1 总体设计思想284.1.1 系统工作过程284.1.2 程序设计方法选择284.1.3 程序设计语言选择294.2 主程序设计304.3 数据采集及处理子程序设计304.3.1 数据采集子程序设计314.3.2 数字滤波子程序314.3.3 A/D转换模块子程序324.4 系统控制算法子程序设计33总 结36致 谢37参 考 文 献38附录一 程序清单40附录二 硬件电路原理图45第一章 绪论1.1 论文选题背景及研究意义1.1.1 选题背景我国国民经济正处于迅猛发展时期，能源紧缺是制约我国经济发展的一个重要因素，节能节水是我国经济持续发展的基本
11、国策1。另外，随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、经济、稳定性等皆提出了越来越高的要求2。供水质量的好坏直接影响着人民的生活水平和企业的生产效率3。要安全、稳定、经济可靠的管理好遍布全城的供水管网，一定要有一个满足供水特点的、先进的自动化供水控制系统4。但我国长期以来在城市供水、楼宇供水、工业生产供水等方面的技术一直比较落后，自动化程度低，效率低下。探究其原因，主要是由于受到了供水设备和供水方式的限制。传统供水方式有恒速泵直接供水方式、水塔/水箱的供水方式、气压供水方式等几种，这些供水系统浪费了很多水力资源和电力资源，效
12、率低下，并且可靠性低，严重地影响了居民的用水和工业系统中的用水。它们还有一个共同的致命缺点是自动化程度不高，跟不上时代发展的需求。所以开发一种新型的自动化程度高、可靠性高且节能效果好的供水系统迫在眉睫。为此，本文提出恒压调速供水系统。与传统供水方式相比，恒压调速供水系统的自动化程度可以明显地看出来要优于传统的供水方式，该系统主要具有以下特点：（1）节能，可以实现节电20%-40%，能实现绿色省电。（2）占地面积小，投资少，效率高。（3）配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。（4）运行合理，由于是软启和软停，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
13、且水泵的寿命大大提高。（5）直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病。（6）利用通信技术进行控制，减少了人力物力过度投入。1.1.2 研究意义变频调速技术的应用和推广，在工农业生产中无非是解决两大问题一是节能，二是改善生产过程。我国的产值能耗是世界上最高的国家之一。据统计，目前我国电机的总装机容量己达到4亿千瓦，年耗电量约占全国用电量的60%，但我国电机驱动系统的能源利用率却非常低，基本上要比国外平均水平低20%，70%的电机只相当于国际20世纪50年代的技术水平，电机驱动系统能效比国外低20%左右，电能的浪费十分严重。众所周知，水是生产、生活中不可缺少的重要组成部分，
14、在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源不足和电能短缺的国家，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，可靠性低。饮水工程对于每个人来说都是至关重要的，供水系统也在现代工业中无处不在。然而，作为饮水工程中最重要的供水这一环目前却存在着很多问题和弊端，传统的供水方式能耗高，自动化程度低，己经不能满足当前社会的发展和需求。要解决生产过程中的能耗高的问题，除其它相关的技术问题需要改进外，变频调速技术已成为节能及提高产品质量的有效措施，其重要性日益得到了国家的重视，在国内推广变调速技术有着非常重大的现实意义和巨大的经济价值及社会价值。变频调速式
15、的供水系统具有节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。1.2 国内外研究现状变频恒压供水是在交流变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的，所以谈变频调速恒压供水系统的发展就是要看看交流变频调速技术的发展。交流变频调速技术是建立在电力电子技术基础之上的。电力电子器件最初是普通晶闸管，它主要是电流控制型开关器件。以小电流控制大功率的变换，但其开关频率低，只能导通不能自关断。20世纪70年代电力电子器件开发的电力晶体管(GTR)和门极关断(GTO)晶闸管，它是一种电流型自关断的电力电子器件，可以方便的实现变频、逆变和斩波，为变频调速技术的开发、发展和普及奠定了基础。 20世纪80年代，又进一步开发成功了绝缘栅双极性晶体管(IGBT)，它是一种电压(场控)型自关断的电力电子器件，具有在任意时刻用基极(栅极、门极)信号控制导通或关断的功能从而使变频调速技术又向前迈进了一步。电力电子器件发展逐步把控制、驱动、保护等功能集成化起来，出现了智能化功率集成电路(IGBT)。模块和智能功率模块(IPM)，它们实现了开关频率的高速化、低导通电压的高性能以及功率
