1         系統(tǒng)工作原理

    變頻調(diào)速微機(jī)供水系統(tǒng)由單片微機(jī)控制器、交流變頻調(diào)速器(簡(jiǎn)稱(chēng)變頻器)、直流穩(wěn)壓電源、壓力傳感器和電機(jī)水泵等幾部分組成，其框圖如圖1所示。工作時(shí)，安裝在水泵出水管上的壓力傳感器，將管網(wǎng)水壓變成（0～5）V的模擬信號(hào)送給單片微機(jī)控制器(簡(jiǎn)稱(chēng)控制器)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)。該信號(hào)與設(shè)定壓力信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算比較，若管網(wǎng)水壓小于或大于設(shè)定壓力，則控制器輸出給變頻器的控制信號(hào)幅度增加或減小，使其輸出的三相電壓頻率上升或下降，水泵轉(zhuǎn)速則提高或降低；當(dāng)管網(wǎng)水壓與設(shè)定壓力相等時(shí)，控制器輸出給變頻器的控制信號(hào)幅度維持不變，其輸出的三相電壓頻率不變，水泵轉(zhuǎn)速不變，從而保證管網(wǎng)水壓恒定。

變頻器輸入端接380V50Hz交流電源，輸出端接電機(jī)水泵。它的輸出根據(jù)控制器送給它的控制電壓的大小，電壓在0～380V，頻率在0～50Hz范圍內(nèi)變化。水泵上的電機(jī)均為交流異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速與供電電源的頻率有關(guān)。當(dāng)用水量大時(shí)，變頻器輸出電壓頻率升高，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速增加；用水量少時(shí)轉(zhuǎn)速降低。轉(zhuǎn)速降低時(shí)變頻器的輸出電壓也減小，故能耗減少。所以該系統(tǒng)有非常好的節(jié)電效果。另外，變頻器可實(shí)現(xiàn)電機(jī)水泵的軟起動(dòng)，上電后，其工作電流緩慢上升，不產(chǎn)生大電流沖擊，也因此省去了補(bǔ)償起動(dòng)設(shè)備。

2         系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)硬件電路如圖2所示,CPU8031、EPROM2764、地址鎖存器74LS373等構(gòu)成單片機(jī)基本電路。μA741、LM555等構(gòu)成V－F變換型A/D轉(zhuǎn)換電路。該電路用模擬開(kāi)關(guān)CD4066控制3個(gè)模擬信號(hào)的輸入與計(jì)量（工作原理參看本刊2000年7期“不受電路參數(shù)影響的V－F變換型A／D轉(zhuǎn)換電路”）。當(dāng)S1、S2、S3在CPU的控制下分別接通時(shí)，送給A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入信號(hào)分別為+5V(2)、設(shè)定壓力和管網(wǎng)壓力。轉(zhuǎn)換后得到的脈沖信號(hào)經(jīng)光電耦合器TLP521―1送8031的P3.5由計(jì)數(shù)器T1對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)的結(jié)果經(jīng)運(yùn)算處理后一方面送P1口譯碼并顯示，同時(shí)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換與電流放大送給變頻器控制電機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速。

    模擬開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)由8031的P3.1和P3.0輸出，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路74LS07和光電耦合器TLP521―4加至四與非門(mén)CD4011組成的譯碼電路的輸入端，譯碼電路的輸出控制S1～S3的導(dǎo)通與截止。

 

         DAC0832和LF356實(shí)現(xiàn)8位D/A轉(zhuǎn)換與電流放大，其輸出的0～5V的模擬電壓信號(hào)送給變頻器的控制信號(hào)輸入端，其輸入的數(shù)字量由8031的P0口經(jīng)74LS273、74LS07和TLP521―4提供。

    時(shí)鐘電路中的晶體工作頻率選12MHz，這將使系統(tǒng)有較高的工作速度，多數(shù)單字節(jié)指令只需1微秒。

    電路中除了使用光電耦合器外，還采取了以光電耦合器為界的雙“地”結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。電源+5V(1)為8031單片機(jī)基本電路、74LS273、74LS07等供電；+5V(2)為D/A轉(zhuǎn)換電路提供基準(zhǔn)電壓V_REF。

3  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    變頻調(diào)速微機(jī)供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)原理如圖3、圖4。圖3為主程序流程圖。在主程序中，先對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速的初值，置T0為定時(shí)器工作方式，T1為計(jì)數(shù)器工作方式，允許T0中斷；閉合S1以對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電壓+5V(2)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；開(kāi)中斷，令T0開(kāi)始計(jì)時(shí)T1開(kāi)始計(jì)數(shù)；最后執(zhí)行數(shù)據(jù)處理與顯示程序。其中數(shù)據(jù)處理程序?qū)⒔?jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換為8421BCD碼。

    在中斷服務(wù)程序中，對(duì)3個(gè)信號(hào)(+5V（2）、設(shè)定壓力、管網(wǎng)壓力)中的每一個(gè)分別進(jìn)行4次測(cè)量，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑并把結(jié)果存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。測(cè)量完畢轉(zhuǎn)入管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力比較程序，若前者小于后者則增加CPU經(jīng)P0口送至D/A轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字量，反之則減小該數(shù)字量，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速提高或降低；當(dāng)管網(wǎng)壓力等于設(shè)定壓力時(shí)則保持送給D/A轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字量不變，使電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定。最后將有關(guān)存儲(chǔ)單元和寄存器重新初始化，返回主程序。流程圖如圖4所示。

4  結(jié)束語(yǔ)

    系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后通過(guò)了檢測(cè)，在恒壓范圍內(nèi)壓力波動(dòng)系數(shù)小于3%，系統(tǒng)響應(yīng)的穩(wěn)定時(shí)間在20秒左右。

    設(shè)計(jì)采用最小系統(tǒng)，不做任何擴(kuò)展，充分利用已有的口子，不僅減少了元器件，降低了成本，而且提高了可靠性。CPU選MCS―51系列產(chǎn)品8031能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，有性?xún)r(jià)比高的優(yōu)越性。當(dāng)然，CPU也可選用ATMEL公司的89C51芯片，設(shè)計(jì)過(guò)程完全相同。由于89C51內(nèi)置4K EPROM，故有利于硬件結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化。

Microcomputer Controlled Water Supply System Changing Frequency and speed

Xu  Jianxue   (Inner Mongolia University for Nationalities,Tongliao  028043)

Xu  Jianhui (Branch company of Tongliao of mobile communication Company of Inner Mongolia Autonomous Region,Tongliao 028000)

Xu  Xinying  (Inner Mongolia University for Nationalities,Tongliao  028043)

Key words：Microcontroller  Changing Frequency and speed   water supply automatically under constant pressure according to prescribed pressure

Abstract：Microcomputer controlled technique and frequency conversion-speed regulating technique are used in this equipment, the equipment may carry out water supply automatically under constant pressure according to prescribed pressure

 

參 考 文 獻(xiàn)

[1]  徐信穎，陳巴特爾，徐