單片機(jī)變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計論文

1、 摘 要 本論文介紹了加壓泵站自動控制系統(tǒng)軟件硬件設(shè)計的主要內(nèi)容。在硬 件上，本課題涉及了模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換，實時時鐘，開關(guān)量輸入，開關(guān) 量輸出，打印機(jī)接口，MODEM控制，EEPROM，點陣圖形式液晶顯示， 紅外遙控鍵盤等芯片和接口，并討論了硬件的通用性和可擴(kuò)展性。在軟件 編制上，本課題將軟件分為三個層次:系統(tǒng)層，驅(qū)動程序?qū)雍蛻?yīng)用任務(wù)層，闡述了每層的結(jié)構(gòu)和意義，并將本課題軟件在三個層次上加以實現(xiàn)。在算法上，本課題利用單片機(jī)實現(xiàn)了增量式PID控制算法，并利用PID控制算 法實現(xiàn)了變頻恒壓供水。在功能上，本課題實現(xiàn)了基于PID控制的變頻恒 壓供水系統(tǒng)，自動進(jìn)水系統(tǒng)，自動供水系統(tǒng)和無人值守自動供水

2、系統(tǒng)。本 課題還利用由MODEM和公用電話網(wǎng)組成的通訊線路實現(xiàn)了對遠(yuǎn)程無人值 守自動控制系統(tǒng)的監(jiān)控。最后，討論了本系統(tǒng)的通用性及其研究意義。 關(guān)鍵詞:增量式PID控制;變頻恒壓供水;自動控制系統(tǒng);通用性; MODEM遠(yuǎn)程通訊 1.前言 本課題是導(dǎo)師吳錘紅教授受閡候縣自來水公司委托，為某加壓泵站進(jìn)行技術(shù)改造的一個項目。本課題主要是為了配合自來水公司一個大型用水用戶(某大型飲料廠供水方案的技術(shù)改造而進(jìn)行的。該飲料廠原供水方案是:廠區(qū)蓄水池從自來水管網(wǎng)進(jìn)水，泵房從蓄水池取水并加壓后送入生產(chǎn)線。根據(jù)該飲料廠的新生產(chǎn)要求，該飲料廠決定撤消蓄水池，由自來水公司加壓泵站提供恒定壓力的供水，并直接送入生產(chǎn)線。

3、1.1本課題研究的現(xiàn)狀 根據(jù)該飲料廠的生產(chǎn)線對進(jìn)水壓力要求，泵站必須提供 24小時不間斷的恒定壓力的供水，供水壓力在0.38Mpa以上。本課題擬采用變頻恒壓供水方案.計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)出水壓力與目標(biāo)壓力的差值，通過 PID調(diào)節(jié)控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的出水壓力保持在一個恒定值。 泵站配備有一個蓄水量達(dá) 800噸的水池 (以下簡稱水池 A)，直接由自來水公司的主管網(wǎng)進(jìn)水。進(jìn)水閥門原采用手動控制，由工作人員根據(jù)管網(wǎng)的壓力，調(diào)節(jié)閥門的開度從而調(diào)節(jié)進(jìn)水量。本課題擬采用自動進(jìn)水方案.計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的管網(wǎng)壓力，實時調(diào)整進(jìn)水閥門 (電動調(diào)節(jié)閥)的開度，以保證管網(wǎng)壓力在給定的范圍內(nèi)。 泵站的計算機(jī)系

4、統(tǒng)簡稱計算機(jī)A. 泵站同時還給一個工廠生活區(qū)供水。這個生活區(qū)與泵站距離約三公里。生活區(qū)有兩個水池，分別為后山水池 以下簡稱水池B)和大后山水池 (以下簡稱水池C)其中后山水池B由泵站供水。值班人員當(dāng)水池C缺水時，啟動生活區(qū)泵房水泵，從水池B給水池C供水。由于自來水公司不準(zhǔn)備在生活區(qū)泵房安排值班人員，本課題擬采用無人值守自動供水系統(tǒng) (以下簡稱為計算機(jī) B)，安裝在生活區(qū)的泵房。該系統(tǒng)用于檢測兩個水池的水位情況，并且在水池 C水位低于進(jìn)水水位時，自動啟動泵房水泵，由水池B向水池C供水。 為保證水池B的供水，本課題擬采用白動供水方案。當(dāng)水池B低于某一水位時無人值守自動供水系統(tǒng)通知泵站啟動水泵，由水

5、池A給水池B供水。由于工廠生活區(qū)與泵站相距較遠(yuǎn)，計算機(jī)A與計算機(jī)B之間的通訊擬采用MODEM十公用電話網(wǎng)建立聯(lián)系。1.2本課題研究的意義 本課題研究可以分為四個子系統(tǒng):變頻恒壓供水系統(tǒng)，自動進(jìn)水系統(tǒng)，自動供水系統(tǒng)和無人值守自動供水系統(tǒng)。其中自動供水系統(tǒng)和無人值守自動供水系統(tǒng)實際上是一套完整的遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)，本節(jié)將其作為一個整體進(jìn)行討論。1.2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)研究的意義 一般給水管網(wǎng)中的水壓 (自來水廠的一次供水壓力)已很難滿足用戶的用水需求，除建筑低層可由市政管網(wǎng)直接供水外，其余高層用戶或大型用水單企業(yè))均須加壓供水。 目前常用的加壓方案，無論是水塔、高位水箱、還是氣壓罐，都必須由水泵以高出

6、用戶實際所需水壓的壓力進(jìn)行 “提升.，從而造成能源的浪費(fèi)。 采用水塔或高位水箱式供水.用戶管網(wǎng)水壓較穩(wěn)定，具有一定的蓄水能力。但水塔 (或水箱)的存在，增加了建筑物結(jié)構(gòu)的承重和建筑造價，同時造成了水質(zhì)的二次污染，且高層最不利配水點水壓不能滿足用戶需要。 氣壓式供水其實是把高位水箱移到了地面。它雖然可減少污染，并一定程度上消除 “水錘”現(xiàn)象，但氣壓罐的有效容積有限，水泵電機(jī)啟停十分頻繁，管網(wǎng)壓力波動較大;氣壓罐為鋼制壓力容器，還需使用膠囊隔膜或補(bǔ)氣裝置，運(yùn)營費(fèi)用高，潛在費(fèi)用較高。 變頻恒壓供水系統(tǒng)以管網(wǎng)水壓 (或用戶用水流量)為設(shè)定參數(shù)，通過微機(jī)控制變頻器的輸出頻率從而自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實

7、現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié) (PID),使供水系統(tǒng)自動恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值:即用水量增加時，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大:用水量減少時，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量亦相應(yīng)減小，這樣就保證了供水效率用戶對水壓和水量的要求，同時達(dá)到了提高供水品質(zhì)和供水效率的目的，“用多少水，供多少水”;采用該設(shè)備不需建造高位水箱，水塔，水質(zhì)無二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化建筑供水設(shè)備。 新型的變頻恒壓供水與傳統(tǒng)的水箱和氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資額，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，節(jié)能效果、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，這些優(yōu)越性引起了幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，爭相研制、開發(fā)這一新技

8、術(shù)產(chǎn)品，最近幾年，隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的成熟和普及，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其技術(shù)之先進(jìn)，得到了飛速的發(fā)展。目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)字化、多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化、系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)成片開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)試和整體規(guī)劃要求的必然趨勢川。 因此，研究變頻恒壓供水系統(tǒng)的意義在于提供一種經(jīng)濟(jì)，節(jié)能，穩(wěn)定且高品質(zhì)的供水方案。1.2.2自動進(jìn)水系統(tǒng)研究的意義 管網(wǎng)水壓力是供水系統(tǒng)的重要參數(shù)，中華人民共和國建設(shè)部發(fā)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有許多與自來水管網(wǎng)的水壓力相關(guān)，甚至做了嚴(yán)格的規(guī)定。這里列舉 建筑給水排水設(shè)計規(guī)范(GBJ 15-88(公告6)中與水壓力相關(guān)的部分條例，如下: 第 2

9、.1.4條 生活用水定額、水壓及用水條件，應(yīng)按工藝要求確定。生活用水定 額、水壓及用水條件，應(yīng)按工藝要求確定。 第 2.2.4條 生活飲用水管道不得與非飲用水管道連接。在特殊情況下，必須以 飲用水作為工業(yè)備用水源時，兩種管道的連接處，應(yīng)采取防止水質(zhì) 污染的措施。在連接處，生活飲用水的水壓必須經(jīng)常大于其他水管 的水壓。 第2.3.4條 高層建筑生活給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)，應(yīng)根據(jù)使用要求、材料設(shè)備性 能、維修管理、建筑物層數(shù)等條件，結(jié)合利用室外給水管網(wǎng)的水壓 合理確定。分區(qū)最低衛(wèi)生器具配水點處的靜水壓，住宅、旅館 院宜為300-350kPa:辦公樓宜為350-450kPa. 由此可見，供水管網(wǎng)壓力是白

10、來水傳輸?shù)囊粋€極為重要的基本參數(shù)。供水太低，將使某些管段得不到充足的用水供應(yīng);供水壓力過高，爆管機(jī)率增加，量越大，水資源浪費(fèi)越嚴(yán)重。 由于泵站直接從自來水公司主管網(wǎng)中取水，泵站的進(jìn)水量對管網(wǎng)壓力影響極在項目實施過程中，在對進(jìn)水閥門進(jìn)行實驗時，曾將進(jìn)水閥門全部打開，管網(wǎng)力幾乎降至OMpa. 因此，研究自動進(jìn)水系統(tǒng)的意義在于根據(jù)管網(wǎng)的當(dāng)前壓力，調(diào)整泵站的進(jìn)水以保證管網(wǎng)的壓力處于正常值。1.2.3自動供水系統(tǒng)研究的意義 研究自動供水系統(tǒng)和無人值守自動供水系統(tǒng)的現(xiàn)實意義在于為生活區(qū)提供的生活用水，系統(tǒng)根據(jù)水位情況自動取水，保證了居民的生活用水。 研究自動供水系統(tǒng)的通用性意義在于，該系統(tǒng)實現(xiàn)了一個完整的

11、遠(yuǎn)程測控系并研究了通過MODEM和公用電話網(wǎng)(PSTN)進(jìn)行遠(yuǎn)程測控的方法。1.3本課題的研究內(nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容:研究變頻恒壓供水系統(tǒng)、自動進(jìn)水系統(tǒng)、自動供統(tǒng)和無人值守自動供水系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和實現(xiàn)。 硬件方面主要研究多種芯片和外設(shè)的接口，包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換，時鐘，開關(guān)量輸入，開關(guān)量輸出，打印機(jī)接口.MODEM控制，EEPROM，點形式液晶顯示模塊，紅外遙控鍵盤等。 軟件方面主要研究軟件的分層設(shè)計方法。本課題將軟件分為三種層次:系統(tǒng)驅(qū)動程序?qū)雍蛻?yīng)用任務(wù)層。其中，系統(tǒng)層主要提供系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)并提供系統(tǒng)干擾措施，驅(qū)動程序?qū)犹峁┝诵酒屯庠O(shè)的接口，應(yīng)用任務(wù)層實現(xiàn)了系統(tǒng)的具育旨。1.4本

12、課題的研究目標(biāo) 本課題研究要求達(dá)到以下目標(biāo): (1)實現(xiàn)24小時不間斷變頻恒壓供水，供水壓力可實時調(diào)整; (2)保證管網(wǎng)壓力在允許值范圍內(nèi)自動進(jìn)水; (3)實時測量進(jìn)水壓力和出水壓力: (4)實現(xiàn)水池C無人值守白動供水: (5)實現(xiàn)水池B自動供水: (6)實現(xiàn)計算機(jī)B機(jī)與計算機(jī)A的MODEM通訊; (7)實現(xiàn)系統(tǒng)異常情況時報警; (8)保存報替情況并提供打印接口:(9)提供中文液晶顯示:2.加壓泵站供水設(shè)備及其控制特性2.1加壓泵站供水系統(tǒng)簡圖 泵站供水系統(tǒng)簡圖如圖2.1所示。 圖2.1泵站供水系統(tǒng)簡圖 1:壓力傳感器，用于檢測自來水公司主供水管線的當(dāng)前水壓: 2:電控調(diào)節(jié)閥，用于控制泵站水池

13、進(jìn)水量: 3, 7: 45KW和37KW變頻器，分別用于給45KW水泵 1和 15KW水泵提供頻率可變的三相電壓; 4:電動控制閥門，用于控制45KW水泵1的出水管道: 5:壓力傳感器，用于檢測出水管道的當(dāng)前水壓: 6:止回閥門，當(dāng) 15KW水泵出水水壓高于一定值時，自動打開:當(dāng)出水壓力低于一定值時，自動關(guān)閉閥門: 8: 45KW自禍減壓起動箱，用于控制45KW水泵2的啟動與停止; 9:電動控制閥門，用于控制45KW水泵2的出水管道: 10: 28KW自禍減壓起動箱，用于控制28KW水泵的啟動與停止; 11:止回閥門。 水池水位的檢測采用力普浮球開關(guān)。2.2供水水泵泵站共有4臺供水水泵。其主要

14、參數(shù)及控制方式如表2.1所示。 表2.1水泵及其控制方式 對于配置電動閥門的水泵，在開機(jī)和關(guān)機(jī)都必須遵守一定的順序。開機(jī)順序為:先關(guān)閉閥門，再啟動電機(jī)，經(jīng)一段時間 (約 30秒)水泵水壓建立后，再開閉電動閥門。關(guān)機(jī)順序為:先關(guān)閉閥門，確定閥門關(guān)閉 (對于本課題使用的電動閥門需要 巧秒以上)后，關(guān)閉電機(jī)。2.2.1水泵特性分析及節(jié)能原理 水泵是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、揚(yáng)程H及泵的軸功率N的關(guān)系如式2.1所示。 式2.1表明，泵的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，泵的揚(yáng)程與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，泵的軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)電動機(jī)驅(qū)動泵時，電動機(jī)的輔功率P(kW)可按式2.2計算。 圖2.2是泵的

15、流量Q與揚(yáng)程H的關(guān)系曲線。圖中，曲線1為泵在轉(zhuǎn)速n1下的揚(yáng)程一流量(H-Q)的特性:曲線5為泵在轉(zhuǎn)速n2下的揚(yáng)程一流量(H-Q)的特性;曲線2為泵在轉(zhuǎn)速nl下的功率一流量(P-Q)的特性;曲線3, 4為管阻特性。 假設(shè)泵的標(biāo)準(zhǔn)工作點A點的效率最高，輸出流量Q為1000%，此時軸功率P1與Q1, Hl的乘積面積AH10Q1成正比。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求.當(dāng)流量從Ql減小到Q2時，如果采用調(diào)節(jié)閥門方法(相當(dāng)于增加管網(wǎng)阻力)，使管阻特性從曲線3變到曲線4.系統(tǒng)由原來的工作點A變到新的工作點B運(yùn)行。此時，泵揚(yáng)程增加，軸功率P2與面積BH20Q2成正比。 如果采用變頻器控制方式，泵轉(zhuǎn)速由nl降到n2，在滿足同

16、樣流量Q2的情況下，揚(yáng)程H3大幅降低，軸功率P3與面積CH30Q3成正比。軸功率P3與PI, P2之和相比較，將顯著減小。節(jié)省的功率損耗P與面積BH2H3C成正比，節(jié)能效果十分顯著 2.3變頻器 (SANKEN ) 泵站共有兩臺三墾力達(dá)電氣 (江陰)有限公司生產(chǎn)的 SANKEN變頻器，分別為SPF-37K一和SPF-45K-A。變頻器的主要參數(shù)如表2.2所示。 在本系統(tǒng)中。使用控制回路端子啟動和停止變頻器，使用0-5v的計算機(jī)可控的模擬電壓來設(shè)定變頻器的輸出頻率。 控制特性:需要兩路開關(guān)量輸出，及兩路0-5V的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。2.4自禍減壓起動箱 系統(tǒng)共有兩臺自禍減壓起動箱，分別為XJOI-45

17、和XJOI-28。主要參數(shù)是:額定電壓3相380V,頻率SOHz.容量分別為45KW和28KW，最大啟動時間120秒. 白拙a.壓起動箱提供一個“起動”按鈕和一個“停止”按鈕。通過繼電器直接并入自禍減壓起動箱的端子排，利用繼電器觸點控制自禍減壓起動箱的起動和停止。計算機(jī)通過控制繼電器觸點的通斷來控制自禍減壓起動箱。 控制特性:需要兩路開關(guān)量輸山信號。2.5電動調(diào)節(jié)閥 (802) 電動調(diào)節(jié)閥為天律北方閥門控制設(shè)備公司生產(chǎn)的 802電動調(diào)節(jié)閥門。型號為802.120-1，主要參數(shù)如下: (1)電源:三相交流電源380V，50Hz; (2)功率:370W; (3)閥位電位器:560 0 ; (4)開

18、向行程限位開關(guān)和關(guān)向行程限位開關(guān); (5)全自動手電動切換結(jié)構(gòu)，無切換用的手柄。 廠家未提供從全開至全關(guān)所需的時間參數(shù)。經(jīng)過實驗，開度從0%至 100%或從100%至0%平均需要 15秒。 由控制中心通過控制線 (長度約為20米)給閥位電位器提供 5V電壓，并返回電位器電壓值。經(jīng)過實驗，當(dāng)開度為0%時，電位器電壓為0.02V，當(dāng)開度為100%時.電位器電壓值為3.67V. 系統(tǒng)需要通過兩組交流接觸器提供正反轉(zhuǎn)三相電源，以控制電動調(diào)節(jié)閥開向運(yùn)轉(zhuǎn)或關(guān)向運(yùn)轉(zhuǎn)。計算機(jī)通過輸出兩個開關(guān)量，控制兩個可控硅開關(guān)，由可控硅控制交流接觸器的線圈，以控制交流接觸器的通斷。 控制特性:需要兩路開關(guān)量輸出，并提供一路

19、5V模擬信號的測量。2.6電動閥門 (LQA) 電動閥門為天津北方閥門控制設(shè)備公司生產(chǎn)的LQA電動閥門。型號為LQA40-1,主要參數(shù)如下: (1)輸入電壓:三相380V, (2)功率:90W; (3)閥位電位器:5600; (4)開向行程限位開關(guān)和關(guān)向行程限位開關(guān): (5)全自動手電動切換結(jié)構(gòu)，無切換用的手柄。 經(jīng)過實驗，閥門開度從0%至100%或從100%至0%平均需要15秒。系統(tǒng)沒有使用閥門提供的電位器，只需要對閥門進(jìn)行全開和全關(guān)操作。 系統(tǒng)需要通過兩組交流接觸器提供正反轉(zhuǎn)三相電源，以控制電動調(diào)節(jié)閥開向運(yùn)轉(zhuǎn)或關(guān)向運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)通過輸出兩個開關(guān)量，控制兩個可控硅開關(guān)，由可控硅控制交流接觸器的線

20、圈，以控制交流接觸器的通斷。 由于電動閥門只有兩種互斥的狀態(tài):全開和全關(guān)。計算機(jī)只需要輸出一路開關(guān)量信號即可。以“0即低電平表示閥門打開，以“1”即高電平表示閥門關(guān)閉。 控制特性:需要一路開關(guān)量輸出。2.7水壓傳感器 根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的測壓范圍、精度要求、工作環(huán)境等因素，本系統(tǒng)選用安徽傳感器集團(tuán)天誠傳感器有限公司設(shè)計的NS-F壓力傳感器。該傳感器的技術(shù)指標(biāo)如下:171 (1)量程:0-0.6MPa; (Z)電源電壓:24V; (8)輸出為電壓量:0-5V;滿量程輸出:Wt零點輸出:續(xù)100mv; (4)綜合精度:0.050.5 %FS; (5)溫度漂移:0.25 % FS/; (6)過載能力:2倍

21、; (7)工作方式:絕壓、表壓、差壓: (8)工作溫度:40-120r; (9)測量介質(zhì):對不銹鋼不腐蝕的氣、液體。 控制特性:需要系統(tǒng)提供24V直流電源，提供一路模擬量輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。2.8浮球開關(guān) 本課題使用樂清力普電氣有限公司生產(chǎn)液位浮球開關(guān) MAC3-1 測量水池的水位。該液位浮球開關(guān)能夠測量桶，槽或井中液位的。它采用一次性密封成形，便于安裝，安全可靠，免予維修，無毒環(huán)保。每個浮球開關(guān)可以提供兩種水位狀態(tài)，常用于直接控制水泵的動作。主要技術(shù)參數(shù)如下: (1)額定電流:10 (8A) 250V 10 (4) A380V; (2)額定功率:1KW; (3)工作溫度:-10攝氏度-90攝

22、氏度: (d)工作氣壓:1大氣壓: (5)工作壽命:5000次; (6)引線長度:4米 (特殊長度可按要求訂制)。 本課題采用該浮球開關(guān)用于測量水池的水位。為提高水位測量的精確性，每一個浮球開關(guān)僅用于測量一個水位。 控制特性:需要提供一路開關(guān)量的測量電路。3.設(shè)計概述 加壓泵站自動控制系統(tǒng)原理圖如圖3.1所示。該系統(tǒng)由計算機(jī)A和計算機(jī)B組成，兩個計算機(jī)之間通過MODEM進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊。 3.1計算機(jī)A 如圖3.1所示，計算機(jī)A由自動進(jìn)水系統(tǒng)、變頻恒壓供水系統(tǒng)和自動供水系統(tǒng)組成。3.1.1自動進(jìn)水系統(tǒng) 自動進(jìn)水系統(tǒng)要求在保證自來水管網(wǎng)水壓在設(shè)定范圍 (即不影響自來水公司其它客戶的用水)的前提下，進(jìn)

23、行進(jìn)水?？刂圃砣鐖D3.2所示。 自來水管網(wǎng)的壓力傳感器提供 0-5v的壓力信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將壓力信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，單片機(jī)根據(jù)壓力值與設(shè)定值之間的差值，控制電控調(diào)節(jié)閥動作。 泵站水池 (以下簡稱水池A)共安裝4個浮球開關(guān)，用于檢測1米，1.8米，2.6米，3.5米四個水池水位。系統(tǒng)將四個水位開關(guān)的電壓信號 到達(dá)該水位時電壓在 0-0.3V之間，未到達(dá)該水位時電壓值在4.7V至5.O V之間)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。據(jù)此，計算機(jī)分析得出水池的水位情況.并作相應(yīng)的處理。 系統(tǒng)將電控閥門的開度電位器輸出的電壓信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。計算機(jī)分析該數(shù)據(jù)，并在中文液品顯示屏上

24、顯示閥門的開度值。3.1.2變頻恒壓供水系統(tǒng) 該系統(tǒng)提供24小時不間斷恒定壓力的供水，并根據(jù)實際用水量自動選擇 15KW水泵或 45KW水泵進(jìn)行供水。該系統(tǒng)要求嚴(yán)格，在運(yùn)行期間要求壓力不低于設(shè)定值(通常為0AMpa)，在切換期間壓力不低于(0.3Mpa，時間不超過1分鐘)o 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖3.3所示。 恒壓供水管道的水壓力信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前的水壓力與當(dāng)前的目標(biāo)壓力，進(jìn)行 PID控制。通過改變變頻器的輸出頻值，調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速.從而調(diào)節(jié)輸出的壓力值。本系統(tǒng)采用 SANKEN變頻器，可以通過 。-5V電壓信號控制變頻器的輸出頻率 (在 0-60Hz之間線性變化)。在

25、系統(tǒng)中，0-5V的變頻器頻率設(shè)定模擬電壓(0-5v)由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路提供。3.1.3自動供水系統(tǒng) 無人值守自動供水系統(tǒng)將水池B與水池C的水位情況自動通過MODEM+電話線傳送至泵站.泵站根據(jù)該水位情況控制 “45KW水泵 2，開始向水池 B供水或停止向10d.R供水.當(dāng)兩個水池水位情況發(fā)生異常 (水位過低或溢流)時進(jìn)行報警。3.2計算機(jī)B(無人值守自動供水系統(tǒng)) 水池B共安裝4個浮球開關(guān)，用于檢測1米 (最低水位)，1.8米 (進(jìn)水水位)，3.2米 (高水位)，3.3米 (溢流水位)四個水池水位。水池 c共安裝 3個浮球開關(guān)，用于檢測1米 (最低水位)，2.6米 (進(jìn)水水位)，3.3米 (溢流水

26、位)三個水池水位; 無人值守自動供水系統(tǒng)測量水池B與水池c的水位情況，自動通過MODEM+電話線傳送至泵站，并根據(jù)水位情況，自動啟動或停止泵房的水泵，開始或停止由水池B給水池c供水。3.3通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 由圖3.1可以看出，加壓泵站自動控制系統(tǒng)由計算機(jī)A和計算機(jī)B組成。計算機(jī)A安裝在泵站控制間，計算機(jī)B安裝在距離泵站約3公里的生活區(qū)泵房中。計算機(jī)A和計算機(jī)B利用Modem，通過公用電話交換網(wǎng)(PSTN)進(jìn)行通訊。通訊結(jié)構(gòu)圖如圖3.4所示。 本系統(tǒng)直接采用標(biāo)準(zhǔn)的外置式調(diào)制解調(diào)器。由于MODEM 自身具有提掛機(jī)、主動呼叫、自動應(yīng)答等功能，計算機(jī)A可以主動與計算機(jī)B聯(lián)系，取得當(dāng)前計算機(jī)B的運(yùn)行情況，而

27、計算機(jī)B也可以主動與計算機(jī)A聯(lián)系，將計算機(jī)B的當(dāng)前情況通知計算機(jī)A。有關(guān)通訊的具體情況請參見4.6節(jié)及5.3.5節(jié)。3.4水位檢測模塊和可控硅模塊 模塊化設(shè)計是硬件設(shè)計中常用的一種設(shè)計方法。將常用的或易于損壞的硬件電路作為一個單獨(dú)的模塊，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。 在本系統(tǒng)中。水位檢測及可控硅輸出作為單獨(dú)的模塊，并通過連接線與主板相接。由于本系統(tǒng)計算機(jī)中，水池 c與計算機(jī) B相隔近 200米，且通過電線桿在山區(qū)采用架空布線，極易受到雷擊。因此，將水位開關(guān)作為易損件單獨(dú)設(shè)計，并針對避雷問題在印刷電路板設(shè)計上采用特殊的設(shè)計電路。每一塊水位檢測模塊可以提供4路的水位檢測。電路設(shè)計請參見附錄A

28、和附錄B. 可控硅電路由于直接控制220V交流電的通斷，由于泵站自發(fā)電的質(zhì)量無法得到保證，極易受到浪涌電流的沖擊，導(dǎo)致可控硅保護(hù)電容被擊穿。因此，也將該模塊作為易損件單獨(dú)設(shè)計。每一塊可控硅輸出模塊可以提供5路可控硅輸出。電路設(shè)計請參見附錄A和附錄B。水位檢測及可控硅輸出模塊均采用光禍與主板隔離。4.硬件描述 計算機(jī)A及計算機(jī)B的電路原理圖如附錄A所示。下文主要描述計算機(jī)A的硬件系統(tǒng)，并對計算機(jī)B相應(yīng)部分進(jìn)行說明。4.1單片機(jī)及系統(tǒng)擴(kuò)展 單片微型計算機(jī)(Single Chip Microcomputer)簡稱單片機(jī)。它是把組成微型計算機(jī)的各功能部件:中央處理器CPU, RAM,程序存儲器 (RO

29、M EPROM, Flash存儲器)、1/O接口電路、定時器/計數(shù)器等部件集中在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個完整的微型計算機(jī)nn 隨著技術(shù)的發(fā)展，片內(nèi)Flash程序存儲器己經(jīng)成為單片機(jī)內(nèi)的常見配置，容量越來越大，成本也很低。當(dāng)片內(nèi)程序存儲器不夠時，可以選擇更大容量Flash程序存儲器的單片機(jī)。而不需要通過三總線擴(kuò)展程序存儲器.使得系統(tǒng)硬件更為簡單、可靠。 本系統(tǒng)采用 ATMEL公司的 89552作為系統(tǒng)的MCU. ATMEL公司新推出的可在系統(tǒng)編程的MCS51兼容單片機(jī)AT89S51/52。將全面替代AT89C51/52單片機(jī)11%4.1.1 AT89S52/51的新特性 AT89S51/52和A

30、T89C51 /52相比新增加了以下功能: (I)支持在系統(tǒng)編程 (1SP)，生產(chǎn)及維護(hù)更方便: (2)增加了片內(nèi)看門狗，使用戶的應(yīng)用系統(tǒng)更堅固; (3)雙數(shù)據(jù)指針使數(shù)據(jù)操作更加快捷方便; (4)速度更高，最高可使用33MHz的晶振。 盡管AT89S系列單片機(jī)新增加了不少功能，但用戶也可以直接替換應(yīng)用系統(tǒng)中的AT89C51/52.軟件和硬件均不需作任何修改。4.1.2系統(tǒng)擴(kuò)展方式的探討 為了簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性，主要使用串行總線來擴(kuò)展外圍器件。目前，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的串行總線主要有 MOROROLA公司的串行外圍接口SPI(Serial Peripheral Interface)

31、, NS公司的MICROWIRE/PLUS串行同步雙式接口和Philips公司的IZC BUS(Inter IC BUS)，以及Dallas公司的單總線(One-Wire)。由于串行總線的發(fā)展，除了最必須的存儲器擴(kuò)展外，其它外圍器件都可以通過串行擴(kuò)展方法進(jìn)行擴(kuò)展。而近年推出的鐵電存儲器 (FRAM)，具有非易失 (掉電后數(shù)據(jù)可以保存 10年)、擦寫次數(shù)多 (5V供電的FRAM擦寫次數(shù)達(dá) 100億次)、速度快 (串行總線FRAM的CLK頻率高達(dá)20MHz，并且沒有1Oms的寫等待周期)，在要求不高的場合，完全可以替代并行存儲器nzl。表4.1列出本系統(tǒng)所用的主要芯片及其總線形式。4.1.21/0

32、端口的需求和擴(kuò)展 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，計算機(jī)A需要提供的可編程UO端口數(shù)如表4.2所示。由表4.2可知，計算機(jī)A需要提供50個端口，而AT89S52只提供32個可編程VO端口。因此，計算機(jī)A需要進(jìn)行UO端口的擴(kuò)展和復(fù)用，并通過以下措施來解決端口數(shù)不足的問題。 (1)通過兩片373擴(kuò)展出兩個8位并口。由PO口直接作為液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)口:擴(kuò)展出的一片373的輸出作為微型打印機(jī)的數(shù)據(jù)口，另一片373的輸出作為開關(guān)量的輸出口: (2)盡量選用I總線芯片; (3)使用AT89S52內(nèi)部提供的看門狗定時器; (4)將四路開關(guān)量信號和三路模擬量信號通過八選一模擬開關(guān)Max4558接入一片TLC549進(jìn)行模

33、數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)多路模擬量和多數(shù)開關(guān)量信號輸入: (5)采用紅外遙控鍵盤，只需要占用一個外部中斷口。計算機(jī)A的電路圖如附錄A所示。計算機(jī)A中實際的1/O端口分配如表4.3所示4.1.3 AT89S5x的在系統(tǒng)可編程接口 (ISP ) 用戶可以通過AT89S5x的在系統(tǒng)可編程接口直接對電路板上的CPU進(jìn)行直接編程。ISP編程需要使用芯片的四個引腳:E1.7, P1.6, P1.5及RST腳。用戶可以根據(jù)ISP協(xié)議制作簡單的編程器，也可以使用Atmel公司提供的ISP編程軟件，通過PC機(jī)并口和專用線纜，對CPU進(jìn)行編程。此時用戶電路板需要提供一個 拍芯的插座，插座引腳的意義如圖4.1所示。有關(guān)Atme

34、l下載ISP線纜的電路原理圖請參見附錄A.4.1.4實時時鐘PCF8563PCF8563是 PHILIPS公司推出的一款工業(yè)級內(nèi)含 11C總線接口功能的，具有極低功耗的多功能時鐘舊歷芯片。PCF8563的多種報警功能、定時器功能、時鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復(fù)雜的定時服務(wù)，甚至可為單片機(jī)提供看門狗功能。內(nèi)部時鐘電路、內(nèi)部振蕩電路、內(nèi)部低電壓檢測電路 (1. OV)以及兩線制 12C總線通訊方式，不但使外圍電路及其簡潔，而且也增加了芯片的可靠性。同時每次讀寫數(shù)據(jù)后.內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量。當(dāng)然作為時鐘芯片，,PCF8563解決了2000年問題。因而PCF8563是一款性價比極

35、高的時鐘芯片，它己被廣泛用于電表、水表、氣表、電話、傳真機(jī)、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域9PCF8563具有以下特性: (1)寬電壓范圍1. 0-5. 5V，復(fù)位電壓標(biāo)準(zhǔn)值V1ow=0.9V; (2)超低功耗典型值為0.25uA,VDD=3.OV,Tamb=25; (3)可編程時鐘輸出頻率為32.768KHz, 1024Hz, 32Hz, 1Hz; (4)四種報警功能和定時器功能; (5)內(nèi)含復(fù)位電路，振蕩器電容和掉電檢測電路: (6)開漏中斷輸出; (7) 400kHz VC總線(VDD=1.8-5.5V)，其器件地址:讀，OA3H:寫，OA2H. 4.1.5 EEPROM A

36、T24C32A本系統(tǒng)采用ATMEL公司的AT24C32A作為數(shù)據(jù)存儲器。AT24C32A具有以下特性:(I)低電壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓操作 (Vcc=2.7V至5.5V);(2) 4K字節(jié)的EEPROM單元:(3) 12C串行接口:(4) 400kHz高速時鐘:(5)硬件寫保護(hù)引腳;(6)自同步寫周期IOms，典型時間5ms;(7)l百萬次寫周期;(8)頁讀寫每頁32字節(jié):4.1.6帶有看門狗的EEPROM X5045 計算機(jī)E采用X5045用于存儲參數(shù)和提供外部看門狗。X5045是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和串行 EEPROM三種功能于一身的可編程電路.這種組合設(shè)計減少了電路對電路板空間的需求。X5045

37、中的看門狗對微控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時。在可選的超時周期(time-out interval)之后，X5045看門狗將通過RESET信號向CPU作出反應(yīng)。用戶可以從三個預(yù)置的值中選擇此周期。利用 X5045所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響，當(dāng)電源電壓降到允許范圍以時，系統(tǒng)將復(fù)位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。X5045的存貯器部分是CMOS的40%位串行EEPROM，它在內(nèi)部按512*8來組織。X5045的特點是具有允許簡單的三線總線工作的串行外設(shè)接口(Serial Perpheral Interface. SPI)和軟件協(xié)議。信號向CPU作出反應(yīng)。用戶可

38、以從三個預(yù)置的值中選擇此周期。利用 X5045所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響，當(dāng)電源電壓降到允許范圍以時，系統(tǒng)將復(fù)位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。X5045的存貯器部分是CMOS的40%位串行EEPROM，它在內(nèi)部按512*8來組織。X5045的特點是具有允許簡單的三線總線工作的串行外設(shè)接口(Serial Perpheral Interface. SPI)和軟件協(xié)議。4.2電源 根據(jù)硬件設(shè)計的要求，計算機(jī)需要提供以下五種電源: (I)系統(tǒng)電源:+5v; (2)水位開關(guān)模塊電源:+9v, (3)傳感器電源;十24V; (4) A/D轉(zhuǎn)換器電源:+5V; (5) D/A轉(zhuǎn)換器

39、電源:+5V,- 為防止外部干擾通過水位開關(guān)模塊進(jìn)入計算機(jī)系統(tǒng)，水位開關(guān)模塊與主板利用變壓器實現(xiàn)隔離.具體的電路示意圖如圖4.2所示: 計算機(jī)B只需要提供圖4.2中水位開關(guān)模塊電源和系統(tǒng)電源即可。計算機(jī)A與B的電源部分電路原理圖請參見附錄A. 泵站由農(nóng)村電網(wǎng)供電，供電不正常，停電頻率較高。為保證系統(tǒng)運(yùn)行，電網(wǎng)停電時需采用自備發(fā)電機(jī)組發(fā)電。但該泵站的發(fā)電機(jī)組輸出電能質(zhì)量較差，在系統(tǒng)試運(yùn)行期間，曾造成主板部分芯片損壞。為保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，系統(tǒng)配備了一臺300W的不間斷電源 (UPS)，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的交流電源，該交流電源同時為停電期間的報普電鈴供電。4.2.1傳感器電源 傳感器電源配置是數(shù)據(jù)采集

40、系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集模塊是千擾侵襲的主要渠道，對電源配置要充分考慮到干擾的隔離與抑制。其電源配置一般要求具有功率小、高穩(wěn)定度、高純凈度、有干擾隔離與抑制措施等特點8. 因為傳感器要求的供電電壓為 24V，而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作電壓一般為+5V.為了統(tǒng)一供電系統(tǒng)，本系統(tǒng)選用DC-DC變換器 MAX629升壓芯片為傳感器提供工作電源。DC-DC變換器的輸入回路與輸出回路是隔離的，這樣就切斷了系統(tǒng)的主電源與數(shù)據(jù)采集通道間的干擾渠道，起到電源隔離的作用，提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾能力。該電源配置電原理圖請參見附錄A. MAX629是MAXIM公司生產(chǎn)的 DC-DC變換器集成芯片。它可以實現(xiàn)低輸入而輸

41、出高電壓功能，而且根據(jù)需要設(shè)計應(yīng)用電路可以提供不同的電壓輸出主要技術(shù)參數(shù)和性能如下【“】: (1)輸入電壓:2.7-5.5V: (2)供電電流:典型值為80uA，最大值為120UA; (3)輸出電壓:-28V-+28V; (4)最大輸出電流:20mA ; (5)最大轉(zhuǎn)換頻率:300KHz; (6)內(nèi)置28V,多通道轉(zhuǎn)換開關(guān); (7)最大關(guān)斷電流:IuA. MAX629轉(zhuǎn)換輸出+24V典型應(yīng)用電路如圖4.3所示6614.2.2 AID轉(zhuǎn)換器電源和D/A轉(zhuǎn)換器電源為保證A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器的精度，由高精度穩(wěn)壓器78LO5提供精確的+5V電源。電路請參見附錄A. D/A轉(zhuǎn)換器Max518根據(jù)美

42、信公司的應(yīng)用筆記要求需要經(jīng)過一個濾波網(wǎng)絡(luò)后接入VDD引腳，請參見附錄A.4.3人機(jī)通道 人機(jī)交互 (也稱人機(jī)對話)模塊，是在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與人之間的信息傳遞渠道。它包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入以及應(yīng)用系統(tǒng)向人報告運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果兩個方面B,Id,15 在智能化儀器儀表、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等應(yīng)用中，對該模塊的設(shè)計，在一定程度上影響著整個應(yīng)用系統(tǒng)的智能化程度和操作的直觀性。鍵盤、顯示器是完成人機(jī)交互功能的常用外部設(shè)備。本系統(tǒng)采用遙控鍵盤和液晶顯示器 (LCD)實現(xiàn)人機(jī)交互功能，其接口電路原理圖見附錄A所示。4.3.1紅外遙控鍵盤接口 鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部件。能實現(xiàn)向單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸

43、入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的主要手段11e 隨著單片機(jī)應(yīng)用的深入廣泛，在各種智能儀器儀表中，普遍使用本機(jī)鍵盤 如獨(dú)立式按鍵、矩陣式鍵盤)。這種鍵盤因其抗干擾能力差，一般安裝在儀器儀表的控制面板上，不能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作。但是，在許多應(yīng)用場合中。由于工作環(huán)境的特殊性如距離較遠(yuǎn)、無法進(jìn)入或危險性大等，不適合使用本機(jī)鍵盤操作。目前，彩電遙控技術(shù)發(fā)展已趨成熟，許多紅外遙控集成電路價格低廉、性能優(yōu)良、抗干擾能力強(qiáng)，而且與單片機(jī)接口簡單，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用16,17,18,19,201 本課題使用遙控鍵盤作為輸入設(shè)備。使用的遙控鍵盤是用市面上很容易買到的Panasonic

44、彩電用遙控器改造而成的。改造后的鍵盤面板鍵布局如圖 4.4所示，共 16個按鍵，分為數(shù)字鍵 (0至9共10個)和功能鍵 (6個)。4.3.1.1遙控鍵盤與單片機(jī)的接口 對遙控信號的解碼可以有兩種方式:即硬件解碼和軟件解碼。采用硬件解碼時，需耍外接遙控信號解碼芯片;而采用軟件解碼不需外接任何芯片。軟件解碼相對硬件解碼接口較為簡單，但要編寫較多的解碼程序。本課題采用軟件解碼方式。遙控鍵盤與單片機(jī)之間的接口原理簡圖如圖4.5所示，其電原理參見附錄A.4.3.1.2遙控鍵盤工作原理 如圖4.5所示，當(dāng)用戶按下遙控器按鍵時，遙控器發(fā)射的紅外信號由集成紅外接收頭接收，把編碼信號送到單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)對

45、編碼信號進(jìn)行軟解碼后，得到用戶按鍵信息。對遙控鍵盤的編碼結(jié)構(gòu)及軟解碼方法將在軟件設(shè)計中作詳細(xì)介紹。4.3.2液晶顯示接口 在智能儀器儀表設(shè)計中，通常都需要對測控信息進(jìn)行顯示。受儀器功耗、體積及其它條件的限制，一般 CR7，顯示器 (陰極射線管顯示器)往往不太適用。而目前廣泛采用的半導(dǎo)體數(shù)碼管及液晶數(shù)碼顯示器，雖能適用于對數(shù)碼及少數(shù)字母的顯示卻無法靈活顯示各種文字、圖形、表格等，有著較大的局限性。近年來，隨著液晶顯示技術(shù)的飛速發(fā)展，圖形式液晶顯示器由于體積小、耗電省、顯示信息量大 (可顯示各種漢字圖形)、與微機(jī)接口簡單等優(yōu)點，被廣泛地用于各種智能儀器儀表中g(shù)1,22.23.24.251 本課題采

46、用深圳光大生產(chǎn)的 ACM-12832液晶顯示器。它主要由行驅(qū)動、列驅(qū)動器及128X32全點陣液晶顯示器組成，可完成圖形顯示，也可以顯示2X8個(16X1點陣)漢字。其主要技術(shù)參數(shù)和性能如下231. (1)單一電源:VDD:十5V: (2)顯示內(nèi)容:128(列)X32(行)點; (3)全屏幕點陣; (4七種指令: (5)與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸出和5條控制線; (6)占空比1/32; (7)工作溫度:-10一+550C，存儲溫度:-20C-+60C . 該液品顯示器與單片機(jī)系統(tǒng)的接口電原理圖請參見附錄A.4.3.3微型打印機(jī)接口 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，微型打印機(jī)是主要硬拷貝輸出設(shè)備。

47、本課題采用沈陽新榮達(dá)電子公司生產(chǎn)的 MP-D16-8十前換紙面板式普通針式打印機(jī) (采用 EPSON公司M-150- I(普通針式機(jī)頭)。該打印機(jī)采用撞擊式點陣打印方式。特別為安裝在儀器或設(shè)備的垂直面板上而設(shè)計。D型微打獨(dú)有三項專利技術(shù)，徹底改變目前市場同類產(chǎn)品卜紙、易斷裂、不易操作。具有工作穩(wěn)定可靠，打印效果完美。 該打印機(jī)采用通用 ESC/P打印控制命令。支持字符、漢字、圖形的正向、反向、左右旋轉(zhuǎn)打印，反白、加重、上下劃線、左右劃線打印以及任意變高、變寬，行間距、字間距調(diào)整、水平制表、垂直制表、曲線打印、條型碼打印等功能以及以上功能的混合打印。 該打印機(jī)支持的打印字符有:全部448個字符，

48、包括:全部%個ASC II字符，352個希蠟文、德文、法文、俄文等字母、日語片假名、部分中文字、數(shù)學(xué)文字、打印符號、塊圖符、32個用戶可定義字符。字符組成，標(biāo)準(zhǔn)字符:5X7點陣。塊圖符:6X8點陣。用戶定義字符:6X8點陣。國標(biāo)漢字:12 X 12. 16 X 16. 該打印機(jī)支持并行接口(26線針型扁平電纜插座)，與CENTRONICS標(biāo)準(zhǔn)兼容。 本課題采用并口方式與打印機(jī)接口，同時提供一根控制線 STB(選通)和一根狀態(tài)線Busy(打印機(jī)忙)用于檢測打印機(jī)狀態(tài)。4.4前向通道 當(dāng)將單片機(jī)用作測控系統(tǒng)時，系統(tǒng)中總要有被測信號輸入通道，由計算機(jī)拾取必要的輸入信息。作為測試系統(tǒng)，對被測對象拾取必

49、要的原始參量信號是系統(tǒng)的核G,任務(wù)，對于控制系統(tǒng)來說，對被控對象狀態(tài)的測試以及對控制條件的監(jiān)測也是不可缺少的環(huán)節(jié)。 對被測對象狀態(tài)的測試一般都離不開傳感器和敏感元件，這是因為被測對象的狀態(tài)參數(shù)常常是一些非電物理量，如溫度、壓力、載荷、位移等，而計算機(jī)是一個數(shù)字電路系統(tǒng)。因此，在前向通道中，傳感器、敏感元件及其相關(guān)電路占有重要地位。 對被測對象的信號拾取其主要任務(wù)就是最忠實地反映被測對象的真實狀態(tài)，它包括實時性與測量精度。同時使這些測量信號能滿足計算機(jī)輸入接口的電平要求. 因此，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的前向通道體現(xiàn)了被測對象與系統(tǒng)相互聯(lián)系的信號輸入通道，原始參數(shù)輸入通道.在單片機(jī)中，對信號輸入、傳感、

50、變換應(yīng)作廣義理解，例如開關(guān)量的信號輸入，在單片機(jī)的各種應(yīng)用系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。最簡單的開關(guān)量輸入通道就是一個具有 TTL電平的狀態(tài)開關(guān)。只要反映外界狀態(tài)的信號輸入通道都可稱為前向通道。 本課題的前向通道涉及到三種不同類型的測量對象:水壓力，閥門開度，水位。對T這三種測量對象，分別對應(yīng)采用水壓力傳感器、電位器、浮球開關(guān)三種敏感元件測量。4.4.1傳感器信號的檢測 NS-F水壓力傳感器輸出電壓量為 0-5V,滿量程輸出 5V,零點輸出蕊100mv,綜合精度為 0.050.5%FS。由于傳感器線路長 (約20米)，且線路存在干擾，信號線必須采用屏蔽線纜。傳感器信號需要經(jīng)過一個:型濾波網(wǎng)絡(luò)輸入到計算

51、機(jī)系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。4.4.2電控調(diào)節(jié)閥開度信號的檢測 經(jīng)過實驗得知，當(dāng)電位器兩端加上5V電壓時，電控調(diào)節(jié)閥電位器的輸出電壓量為0.02-3.67V。開度為0%時輸出為0.02V，開度為 100%時輸出為3.67V。同樣，電控調(diào)節(jié)閥的開度信號線采用屏蔽線纜，并需要經(jīng)過一個n型濾波網(wǎng)絡(luò)輸入到計算機(jī)系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。由于電控調(diào)節(jié)閥的開度信號不作為系統(tǒng)控制的主要依據(jù)，對其的線性度不做要求.當(dāng)需要顯示電控調(diào)節(jié)閥的開度時，需要進(jìn)行內(nèi)部標(biāo)定，將得到的AD值轉(zhuǎn)換為開度的百分比。4.4.3開關(guān)量 (水位)檢測 系統(tǒng)從水位開關(guān)模塊取得開關(guān)信號，硬件的抗干擾措施由水位開關(guān)模塊完成。系統(tǒng)對開關(guān)量的檢測采取兩種不

52、同的方式。 計算機(jī) A將開關(guān)量視同模擬量，接入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中。其軟件抗干擾措施與水壓力信號和閥門開度信號一樣. 計算機(jī)B將開關(guān)量直接接入CPU的1/O口，由】/0讀取開關(guān)量信號。4.4.4模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC549 TLC549是美國德州儀器公司生產(chǎn)的s位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它是以s位開關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)而構(gòu)造的CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器。TLC549通過3態(tài)數(shù)據(jù)輸出和模擬輸入與微處理器或外圍設(shè)備串行連接，僅用輸入/輸出時鐘 (嘟 CLOCK)和芯片選擇 (巴)輸入作數(shù)據(jù)控制。TLC549具有以下特點1251. (1) 8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器: (2)微處理器外設(shè)或獨(dú)立工作: (3)差分基準(zhǔn)輸入電

53、壓: (9)最大轉(zhuǎn)換時間:17us; (5)每秒可完成40, 000次轉(zhuǎn)換: (6)片內(nèi)軟件可控采樣、保持; (7)總不可調(diào)整誤差(Total Unadjusted Error):士0.5LSB Max; (8) 4MHz典型內(nèi)部系統(tǒng)時鐘: (9)寬電源范圍:3V-6V; 00)低功耗:15mW Max; 11能理想地用于包括電池供電便攜式儀表的低成本、高性能應(yīng)用; 12. CMOs工藝。 從上面分析知道，TLC549轉(zhuǎn)換速度快、接口簡單、功耗低，在精度要求不高的場合，是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的理想選擇。4.4.5多通道參數(shù)檢測 在本應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要兩路水壓力傳感器、四路水位開關(guān)量信號和一路閥門開度信號進(jìn)行檢測。這些信號均為電壓量，而且都不大于 5V。為了利用單一的A/D轉(zhuǎn)換器對這些電壓信號進(jìn)行檢測，選用多路模擬開關(guān)芯片來解決這一問題。 MAX4558是一種8