基于單片機的變頻恒壓供水控制系統設計

劉 順 蘇紅蓮

（成都理工大學信息科學與技術學院 中國 成都 610059）

基于單片機的變頻恒壓供水控制系統設計

劉 順 蘇紅蓮

（成都理工大學信息科學與技術學院 中國 成都 610059）

本設計是在深入研究當前多種恒壓供述控制系統方案基礎上，創造性地提出“定頻副電機+變頻主電機+低端MCU”的低成本高效恒壓供水方案。本設計通過控制變頻器的輸出頻率從而自動調節水泵電機的轉速，實現管網水壓的閉環調節，供水控制系統自動處與穩定的壓力值。

恒壓 高效 水泵轉速 變頻器

1.1 研究背景與現狀

隨著社會的迅速的發展，水對人們的生產和生活的影響越來越大，人們對供水的安全可靠性要求越來越高。基于單片機的變頻恒壓供水控制系統是把先進的自動化技術、控制技術、通訊及網絡技術和節能技術應用于給水領域，采用自動控制原理實現對供水壓力的連續監督與控制，提高供水質量，降低能耗。

1.2 設計目標

本系統主要以單片機為核心模塊，通過控制變頻器的輸出功率從而自動控制電動機的轉速，以達到供水管網水壓的閉環控制調節，使供水系統自動恒壓于設定的壓力值，實現恒壓供水。即用水量增加時，頻率升高，水泵轉速加快，供水量相應增大；用水量減少時，頻率降低，水泵轉速減慢，供水量相應減小。本次設計設置高壓為3.0P，低壓為2.0P，當壓力值低于2.0P時啟動兩臺，低于1

.0P時啟動三臺電機，當壓力值高于3.0P時，一臺電機啟動，且轉速減小。

2. 頻恒壓供水控制系統的設計原理

單片機是一種集成度很高的微型計算機，單片機以其體積小、結構緊湊、高可靠性及高抗干擾能力及高性能價格比等特點，廣泛用于生產生活的各個領域，成為現代電子系統中最重要的智能化工具。

恒壓供水的基本原理是通過傳感器檢測供水管道內水壓，如果水壓高于設定上限，則降低轉速。如果水壓低于下限值，則提高電機轉速。居于兩者之間則不做任何操作。傳感器輸出的電壓值一般為電壓信號，在本設計中使用一個電位器來模擬傳感器。對電壓信號的采集選擇ADC0832。在實際中電機調速一般是選擇三相變頻器。限于條件，本設計只能用三個直流電機來模擬三臺泵，因此選擇適合于直流電機的PWM方式來對電機進行調速。

圖2 單片機的變頻恒壓調速系統原理框圖

3. 片機硬件電路的設計

傳感器輸出的電壓值一般為電壓信號在本設計中使用一個電位器來模擬傳感器。對電壓信號的采集選擇ADC0832。在實際中電機調速一般是選擇三相變頻器。限于條件，本設計只能用三個直流電機來模擬三臺泵，因此選擇適合于直流電機的PWM方式來對電機進行調速。

3.1 水管壓力測量模塊

在實際應用中，用傳感器檢測供水管道的壓力， 如果水壓高于設定值，則降低轉速；如果水壓低于設定值，則提高轉速。傳感器輸出的電壓值一般為電壓信號，限于設計條件，本次設計采用一個電位器來模擬傳感器。調節電阻值的大小，即可改變電壓的大小，從而模擬管道水壓的改變。

3.2 電機控制模塊

壓力傳感器將壓力信號經過A/D轉換后送入到單片機，如果壓力和設定值有偏差，單片機將控制變頻器使壓力值穩定。本次設計中，限于條件，用三臺直流電機來模擬三臺水泵，用適用于直流電機的PWM方式來控制。脈寬調制(PWM)基本原理:控制方式就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。

圖4 .1 電機控制模塊

4. 壓供水控制系統軟件的設計

主程序流程圖

5 變頻恒壓供水控制系統運行調試

在本系統設計的框架完成以后就行了一系列的調試與優化，在實驗室做了一天時間的優化和調試。調試的內容包括，液晶是否正常顯示，按鍵是否正常工作，調節可變電阻電機是否按相應要求工作，解決我們想到的供水問題，以免在實際供水工程中，給用戶造成不便。

[1]何立民：MCS-51系列單片機應用系統設計，北京航空航天大學出版社，1990，

[2]秦進平、官英雙：基于單片機的恒壓供水系統，黑龍江工程學院學報，2005，

[3]杜金城，電氣變頻調速設計技術[M]。中國電力出版社。2001

TU7

B

1007-6344（2015）12-0148-01