基于单片机的水泵智能控制系统

基于单片机的水泵智能控制系统I摘要本文拟设计一种节能的压力水罐式恒压供水智能控制系统。该系统利用单片机作为控制单元的核心部件，应用灵活的单片机控制泵组-压力水罐供水系统。该系统充分利用现代化新型、先进的元器件，设计泵组－压力水罐恒压供水智能控制系统。设计的智能恒压供水控制系统具有可靠性高、每个水泵工作时间均衡化、节能效率高等特点。该系统的关键技术包括单片机控制泵组是按负载均衡的原则设计的。系统有3台供水水泵，水泵的启停是按先起先停、先停先起原则设计的。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。该系统比较适用于对供水质量要求不高的城乡居民小区自来水二次供水系统，尤其适合于高层建筑楼的二次供水系统。关键词：单片机，水泵，传感器，压力水罐，智能监控，负载均衡化基于单片机的水泵智能控制系统IIABSTRACTThispaperdesignedapressuretank-typeenergy-savingintelligentcontrolsystemforconstantpressurewatersupply.Thesystemusesmicrocomputercontrolunitasthecorecomponent,flexible,microprocessorcontrolledpump-pressuretankwatersupplysystem.Thenewsystem,fulluseofmodern,advancedcomponents,designpump-pressuretankWaterSupplyControlSystem.Designofintelligentcontrolsystemforconstantpressurewatersupplywithhighreliabilityandworkingtimeequalizationforeachpump,energy-savinghighefficiency.Thekeytechnology,includingmicroprocessorcontrolledpumpisbasedontheprincipleofloadbalancingdesign.3setsofwatersystempumps,pumpstartandstopatfirstaccordingtothefirststop,firststopfromthefirstprinciplesofdesign.Inthispaper,thespecificpumpapplication,basedonsensors,microcontrollerdevicescomposedofintelligentcontrolsystemforwatersupplyscheme,giventhesystemhardwaredesignandsoftwareimplementationmethodstorealizetheintelligentcontrolofpumpoperation.Thesystemismoresuitableforlessdemandingonthewaterqualityofurbanandruralresidentialareaofsecondarywatersupplysystem,especiallysuitableforbuildinghigh-risebuildingsecondarywatersupplysystem.Keywords:SCM,pumps,sensors,pressuretank,intelligentmonitoring,loadequalization基于单片机的水泵智能控制系统III目录1绪论--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------11.1单片机的发展趋势及应用----------------------------------------------------------------------11.2水泵在生活中的应用---------------------------------------------------------------------------32水泵的节能降耗---------------------------------------------------------------------------------------------52.1水泵的动力分析----------------------------------------------------------------------------------------52.2水泵的能耗分析-----------------------------------------------------------------------------------------63水泵智能控制系统的组成及工作原理---------------------------------------------------------83.1系统总体结构设计----------------------------------------------------------------------------------------83.2系统控制设计方案分析------------------------------------------------------------------------93.3系统控制设计优化----------------------------------------------------------------------------114主要芯片的结构与特点------------------------------------------------------------------------124.180C51单片机结构特点----------------------------------------------------------------------124.2压力传感器原理与应用----------------------------------------------------------------------145水泵智能控制硬件设计---------------------------------------------------------------------175.180C51单片机的复位和振荡电路------------------------------------------------------------175.280C51单片机驱动水泵电路---------------------------------------------------------------185.380C51单片机驱动LED电路-----------------------------------------------------------------195.4单片机与A/D转换器的接口电路----------------------------------------------------------235.5单片机与AT24C02的应用电路-------------------------------------------------------------265.6单片机与键盘的接口电路-------------------------------------------------------------------29参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------致谢---------------------------------------------------------------------------------------------基于单片机的水泵智能控制系统11绪论随着国内城市高层建筑的增多，城市居民的生活用水的时段集中，高层用户供水成为关注的问题，工业园区企业生产用水集中，供水管网的水压不足，出于满足生产需求又节能考虑用较少的设备完成大量不间断供水需求，过去的贮水池－继电器控制水泵加压供水系统较单片机实现的电自控泵组稍显落后，压力水罐供水方式可以节能有效地提供生产所需用水。该系统虽然沿用很久，但因为技术不复杂，设备简单，所在我国的二次供水中一直长期使用。上世纪九十年代后，许多高层建筑逐渐采用“贮水池+变频调速水泵”的供水系统。这种系统的低楼层用户仍由市政管网直接供水，对高楼层用户，则通过设定水泵的供水压力，在变频器的控制下，水泵的转速随供水量的变化而改变，这种系统最大的好处是水压恒定，避免高楼层用户用水水压变化过大。这种供水系统性能较优越，恒压效果好，且比较节能，但系统较复杂，投资较大，适合于对供水要求比较高的场合使用。近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用不断深入,带动控制技术日新月异。目前对供水控制的研究以及已开发的系统各有所长。随着微芯片技术及变频技术的发展,设备简单、投资少、可靠性高、抗干扰能力强。水泵的运行正常直接影响到居民生活，工厂生产，所以对每台水泵的实时监控，智能控制非常有必要，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。1.1单片机的发展趋势及应用单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。[3]1.1.1单片机的发展趋势现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1.低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗高达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了基于单片机的水泵智能控制系统2CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。如80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗比如象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2．微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口、中断系统、定