基于單片機(jī)的水泵智能控制新版系統(tǒng)

摘要本文擬設(shè)計(jì)一種節(jié)能壓力水罐式恒壓供水智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)作為控制單元核心部件，應(yīng)用靈活單片機(jī)控制泵組-壓力水罐供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分運(yùn)用當(dāng)代化新型、先進(jìn)元器件，設(shè)計(jì)泵組－壓力水罐恒壓供水智能控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)智能恒壓供水控制系統(tǒng)具備可靠性高、每個(gè)水泵工作時(shí)間均衡化、節(jié)能效率高等特點(diǎn)。該系統(tǒng)核心技術(shù)涉及單片機(jī)控制泵組是按負(fù)載均衡原則設(shè)計(jì)。系統(tǒng)有3臺(tái)供水水泵，水泵啟停是按先起先停、先停先起原則設(shè)計(jì)。本文結(jié)合水泵詳細(xì)應(yīng)用，基于傳感器，單片機(jī)元器件構(gòu)成智能供水控制系統(tǒng)方案，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)辦法，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵運(yùn)營智能控制。該系統(tǒng)比較合用于對(duì)供水質(zhì)量規(guī)定不高城鄉(xiāng)居民社區(qū)自來水二次供水系統(tǒng)，特別適合于高層建筑樓二次供水系統(tǒng)。核心詞：單片機(jī)，水泵，傳感器，壓力水罐，智能監(jiān)控，負(fù)載均衡化

ABSTRACTThispaperdesignedapressuretank-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

目錄1緒論--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------11.1單片機(jī)發(fā)展趨勢及應(yīng)用----------------------------------------------------------------------11.2水泵在生活中應(yīng)用---------------------------------------------------------------------------32水泵節(jié)能降耗---------------------------------------------------------------------------------------------52.1水泵動(dòng)力分析----------------------------------------------------------------------------------------52.2水泵能耗分析-----------------------------------------------------------------------------------------63水泵智能控制系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理---------------------------------------------------------83.1系統(tǒng)總體構(gòu)造設(shè)計(jì)----------------------------------------------------------------------------------------83.2系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)方案分析------------------------------------------------------------------------93.3系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)優(yōu)化----------------------------------------------------------------------------114重要芯片構(gòu)造與特點(diǎn)------------------------------------------------------------------------124.180C51單片機(jī)構(gòu)造特點(diǎn)----------------------------------------------------------------------124.2壓力傳感器原理與應(yīng)用----------------------------------------------------------------------145水泵智能控制硬件設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------175.180C51單片機(jī)復(fù)位和振蕩電路------------------------------------------------------------175.280C51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵電路---------------------------------------------------------------185.380C51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED電路-----------------------------------------------------------------195.4單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換器接口電路----------------------------------------------------------235.5單片機(jī)與AT24C02應(yīng)用電路-------------------------------------------------------------265.6單片機(jī)與鍵盤接口電路-------------------------------------------------------------------29參照文獻(xiàn)-------------------------------------------------------------------------------------------道謝---------------------------------------------------------------------------------------------1緒論隨著國內(nèi)都市高層建筑增多，都市居民生活用水時(shí)段集中，高層顧客供水成為關(guān)注問題，工業(yè)園區(qū)公司生產(chǎn)用水集中，供水管網(wǎng)水壓局限性，出于滿足生產(chǎn)需求又節(jié)能考慮用較少設(shè)備完畢大量不間斷供水需求，過去貯水池－繼電器控制水泵加壓供水系統(tǒng)較單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電自控泵組稍顯落后，壓力水罐供水方式可以節(jié)能有效地提供生產(chǎn)所需用水。該系統(tǒng)雖然沿用好久，但由于技術(shù)不復(fù)雜，設(shè)備簡樸，所在國內(nèi)二次供水中始終長期使用。上世紀(jì)九十年代后，許多高層建筑逐漸采用“貯水池+變頻調(diào)速水泵”供水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)低樓層顧客仍由市政管網(wǎng)直接供水，對(duì)高樓層顧客，則通過設(shè)定水泵供水壓力，在變頻器控制下，水泵轉(zhuǎn)速隨供水量變化而變化，這種系統(tǒng)最大好處是水壓恒定，避免高樓層顧客用水水壓變化過大。這種供水系統(tǒng)性能較優(yōu)越，恒壓效果好，且比較節(jié)能，但系統(tǒng)較復(fù)雜，投資較大，適合于對(duì)供水規(guī)定比較高場合使用。近年來隨著科技飛速發(fā)展,單片機(jī)應(yīng)用不斷進(jìn)一步,帶動(dòng)控制技術(shù)日新月異。當(dāng)前對(duì)供水控制研究以及已開發(fā)系統(tǒng)各有所長。隨著微芯片技術(shù)及變頻技術(shù)發(fā)展,設(shè)備簡樸、投資少、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。水泵運(yùn)營正常直接影響到居民生活，工廠生產(chǎn)，因此對(duì)每臺(tái)水泵實(shí)時(shí)監(jiān)控，智能控制非常有必要，本文結(jié)合水泵詳細(xì)應(yīng)用，基于傳感器，單片機(jī)元器件構(gòu)成智能供水控制系統(tǒng)方案，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)辦法，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵運(yùn)營智能控制。1.1單片機(jī)發(fā)展趨勢及應(yīng)用單片機(jī)是指一種集成在一塊芯片上完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管它大某些功能集成在一塊小芯片上，但是它具備一種完整計(jì)算機(jī)所需要大某些部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，當(dāng)前大某些還會(huì)具備外存。同步集成諸如通訊接口、定期器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而當(dāng)前最強(qiáng)大單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），是由于它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU專用解決器發(fā)展而來。最早設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一種芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜而對(duì)體積規(guī)定嚴(yán)格控制設(shè)備當(dāng)中。[3]1.1.1單片機(jī)發(fā)展趨勢當(dāng)前可以說單片機(jī)是百花齊放，百家爭鳴時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容，也有不兼容，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)應(yīng)用提供遼闊天地?？v觀單片機(jī)發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)發(fā)展趨勢，大體有：1.低功耗CMOS化MCS-51系列8031推出時(shí)功耗高達(dá)630mW，而當(dāng)前單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗規(guī)定越來越低，當(dāng)前各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。如80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特性決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗特點(diǎn)，這些特性，更適合于在規(guī)定低功耗例如象電池供電應(yīng)用場合。因此這種工藝將是此后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展重要途徑。2．微型單片化當(dāng)前常規(guī)單片機(jī)普遍都是將中央解決器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口、中斷系統(tǒng)、定期電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一芯片上，增強(qiáng)型單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD（液晶）驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一芯片上，這樣單片機(jī)包括單元電路就更多，功能就更強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以依照顧客規(guī)定量身定做，制造出具備特色單片機(jī)芯片。當(dāng)前產(chǎn)品普遍規(guī)定體積小、重量輕，這就規(guī)定單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還規(guī)定其體積要小。當(dāng)前許多單片機(jī)都具備各種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。3．主流與多品種共存當(dāng)前雖然單片機(jī)品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心單片機(jī)占主流，兼容其構(gòu)造和指令系統(tǒng)有PHILIPS公司產(chǎn)品、ATMEL公司產(chǎn)品和中華人民共和國臺(tái)灣Winbond系列單片機(jī)。因此C8051為核心單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司PIC精簡指令集(RISC)也有著強(qiáng)勁發(fā)展勢頭，中華人民共和國臺(tái)灣HOLTEK公司近年單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，以其價(jià)低質(zhì)優(yōu)優(yōu)勢，占據(jù)一定市場份額。此外尚有MOTOROLA公司產(chǎn)品和日本幾大公司專用單片機(jī)。在一定期期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，而不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下壟斷局面，走是依存互補(bǔ)、相輔相成、共同發(fā)展道路。[3]1.1.2單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大體可分如下幾種范疇：（1）在智能儀器儀表上應(yīng)用單片機(jī)具備體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用以便等長處，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密測量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。（2）在工業(yè)控制中應(yīng)用用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。（3）在家用電器中應(yīng)用可以這樣說，當(dāng)前家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其她音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。（4）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中應(yīng)用當(dāng)代單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很以便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間應(yīng)用提供了極好物質(zhì)條件，當(dāng)前通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控互換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼喊系統(tǒng)、列車無線通信、再到尋常工作中隨處可見移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對(duì)講機(jī)等。（5）單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中用途亦相稱廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼喊系統(tǒng)等等。（6）在各種大型電器中模塊化應(yīng)用某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不規(guī)定使用人員理解其內(nèi)部構(gòu)造。如音樂集成單片機(jī)，看似簡樸功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)原理），就需要復(fù)雜類似于計(jì)算機(jī)原理。如：音樂信號(hào)以數(shù)字形式存于存儲(chǔ)器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模仿音樂電信號(hào)（類似于聲卡）。[5]在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，減少了損壞、錯(cuò)誤率，也以便于更換。（7）單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中應(yīng)用單片機(jī)在汽車電子中應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于CAN總線汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)等等。[6]在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制，需要把控制現(xiàn)場各種狀態(tài)信息輸入到單片機(jī)，[18]由單片機(jī)按控制規(guī)定、對(duì)系統(tǒng)各種狀態(tài)進(jìn)行解決，并輸出相應(yīng)控制命令到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)自動(dòng)控制。本課題就是通過對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)辦法和研制過程研究，來實(shí)現(xiàn)對(duì)智能設(shè)備（空壓機(jī)）運(yùn)營監(jiān)控。[7]1.2老式水泵在生活中應(yīng)用在智能恒壓供水技術(shù)浮現(xiàn)此前，浮現(xiàn)過許多供水方式。如下就其設(shè)備、運(yùn)營方式、安全性等方面逐個(gè)分析。（1）恒速泵直接供水系統(tǒng)這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往顧客，有甚至連蓄水池也沒有，直接從都市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響都市公用管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，有也許在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)營。這種系統(tǒng)形式簡樸、造價(jià)最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。（2）恒速泵加水塔供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向顧客供水。水塔合理高度是規(guī)定水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。水泵處在斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚(yáng)程條件下，水泵處在高效區(qū)。這種方式顯然比前一種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵開、停時(shí)間比、開、停頻率等關(guān)于。供水壓力比較穩(wěn)定。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大;水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期需要;并且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在某些能量損失和二次污染問題。并且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔水位監(jiān)控裝置損壞話，水泵不能進(jìn)行自動(dòng)開、停，這樣水泵開、停，將完全由人操作，這時(shí)將會(huì)浮現(xiàn)能量嚴(yán)重?fù)]霍和供水質(zhì)量嚴(yán)重下降。（3）恒速泵加高位水箱供水方式這種方式原理與水塔是相似，只是水箱設(shè)在建筑物頂層。高層建筑還可分層設(shè)立水箱。占地面積與設(shè)備投資均有所減少，但這對(duì)建筑物造價(jià)與設(shè)計(jì)均有影響，同步水箱受建筑物限制，容積不能過大，因此供水范疇較小。某些動(dòng)物甚至人都也許進(jìn)入水箱污染水質(zhì)。水箱水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)開、停，將完全由人操作，使系統(tǒng)供水質(zhì)量下降能耗增長。但這種供水方式供水壓力穩(wěn)定，運(yùn)營安全可靠。（4）恒速泵-氣壓罐供水方式這種方式是運(yùn)用封閉氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力來控制泵起停。罐占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，并且可以放在地面上，設(shè)備成本比水塔要低得多。并且氣壓罐是密封，因此大大減少了水質(zhì)因異物進(jìn)入而被污染也許性。由于該系統(tǒng)取消了設(shè)于樓宇頂部高位水箱，對(duì)建筑物構(gòu)造安全有利。但由于氣壓罐供水依賴于氣體可壓縮性，同步氣壓罐也不能無限加大容積，因此水泵啟停頻繁，管網(wǎng)壓力波動(dòng)較大，普通相差0．1MPa，約10m水柱。為維持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定需在出水管上安裝調(diào)壓閥，綜合造價(jià)與水泵水箱聯(lián)合供水系統(tǒng)相近，但此種供水方式運(yùn)營費(fèi)用稍高。相對(duì)與老式高位水箱和供水水塔，壓力罐供水具備體積小、造價(jià)低、供水壓力大、自動(dòng)化限度高和易于解決冬季保溫防凍等長處，近年來應(yīng)用日益廣泛。隨著資源日益緊張，節(jié)能技術(shù)應(yīng)用已愈來愈受到人們關(guān)注。在水泵供水領(lǐng)域能否應(yīng)用調(diào)速技術(shù)，在節(jié)能降耗同步改進(jìn)水泵性能，提高供水品質(zhì)就成為研究方向。[9]

2智能水泵節(jié)能降耗2.1水泵能耗分析隨著地球資源日益緊張，節(jié)能技術(shù)應(yīng)用已愈來愈受到人們關(guān)注。在水泵供水領(lǐng)域能否應(yīng)用智能控制技術(shù)，在節(jié)能降耗同步改進(jìn)水泵性能，提高供水品質(zhì)就成為研究方向。2.1.1智能恒壓供水方式當(dāng)前，常用智能恒壓供水方式有兩種，即變頻調(diào)速供水方式和壓力水罐智能恒壓供水控制方式。1．變頻調(diào)速供水方式這種系統(tǒng)原理是通過安裝在系統(tǒng)中壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力值作比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器輸出，無級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定范疇內(nèi)。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備是一種在保持供水壓力不變（抱負(fù)狀態(tài)）狀況下，按需供水新型自動(dòng)供水設(shè)備。電源頻率與水泵轉(zhuǎn)速成正比，水泵轉(zhuǎn)速與供水量成正比，變頻調(diào)速控制柜通過變化水泵電源頻率，控制水泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)水泵供水量，實(shí)現(xiàn)對(duì)顧客按需供水目。變頻調(diào)速控制柜通過壓力傳感器采集顧客管網(wǎng)供水壓力，進(jìn)行PID運(yùn)算，使顧客管網(wǎng)供水壓力始終穩(wěn)定在設(shè)定壓力一定范疇內(nèi)，這就是變頻調(diào)速恒壓供水原理。此系統(tǒng)由于無需設(shè)立高位水箱或壓力水罐，因此占地更少，可有效地增長建筑使用面積。當(dāng)前變頻器多為進(jìn)口設(shè)備，因此初次投資費(fèi)用普通稍高，但隨著技術(shù)進(jìn)步，市場競爭，價(jià)格會(huì)逐新下降，運(yùn)營費(fèi)用可與水泵水箱聯(lián)合供水持平。近年來，變頻供水系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)軟啟動(dòng)、無沖擊電流，有效地保護(hù)電網(wǎng)及水泵。由于變頻供水是水泵通過變頻器調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速達(dá)到流量調(diào)節(jié)目，其流量設(shè)計(jì)每秒流量范疇為0至系統(tǒng)最大流量。所需配備貯水箱容積最大小時(shí)用水量減去平均小時(shí)用水量1.2倍。變頻調(diào)速水泵調(diào)速控制方式有三種:水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓控制、供水系統(tǒng)最不利點(diǎn)恒壓控制。(1)出口恒壓控制水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，使系統(tǒng)在運(yùn)營過程中水泵出口水壓恒定。這種方式合用于管路阻力損失在水泵揚(yáng)程中所占比例較小狀況，整個(gè)供水系統(tǒng)壓力可以看作是恒定，但這種控制方式若在供水面積較大居住區(qū)中應(yīng)用時(shí)，由于管路能耗較大，在低峰用水時(shí)，最不利點(diǎn)流出水頭高于設(shè)計(jì)值，故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳節(jié)能效果。(2)出口變壓控制水泵出口變壓控制也是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，但其壓力設(shè)定值不只是一種。是將每日24小時(shí)按用水曲線提成若干時(shí)段，計(jì)算出各個(gè)時(shí)段所需水泵出口壓力，進(jìn)行全日變壓，各時(shí)段恒壓控制。這種控制方式其實(shí)是水泵出口恒壓控制特殊形式。她比水泵出口恒壓控制方式能更節(jié)能，但這取決于將全天24小時(shí)提成時(shí)段數(shù)及所需水泵出口壓力計(jì)算精準(zhǔn)限度。所需水泵出口壓力計(jì)算得越符合實(shí)際狀況越節(jié)能，將全天分得越細(xì)越節(jié)能，固然控制實(shí)現(xiàn)也越復(fù)雜。(3)最不利點(diǎn)恒壓控制最不利點(diǎn)恒壓控制是將壓力傳感器安裝在系統(tǒng)最不利點(diǎn)處，使系統(tǒng)在運(yùn)營過14程中保持最不利點(diǎn)壓力恒定。這種方式節(jié)能效果是最佳，但由于最不利點(diǎn)普通距離水泵較遠(yuǎn)，壓力信號(hào)傳播在實(shí)際應(yīng)用中受到諸多限制，因而工程中很少采用。顧客在選購供水設(shè)備時(shí)，水泵供水能力都是按用水峰值時(shí)段選型，否則無法滿足需要。但不同步段顧客用水量變化較大，某居民社區(qū)采用設(shè)備是沒有附加特別節(jié)能辦法普通變頻恒壓供水設(shè)備，需要水泵在額定狀態(tài)下工作時(shí)間不到1/10，絕大多數(shù)時(shí)間用水量不到額定流量1/3。要在保持供水壓力不變狀況下適應(yīng)這種變化，就必要調(diào)節(jié)水泵供水量。辦法有兩種：1、水泵在額定狀態(tài)下工作，在供水主管道安裝瀉流閥門，當(dāng)用水量不大于額定供水量時(shí)，把多余水排放掉。2、采用變頻調(diào)速恒壓供水控制柜變化水泵供水量，自動(dòng)適應(yīng)這種變化?？刂七^程是：用水量增長－頻率上升－轉(zhuǎn)速上升－輸出功率增長；用水量減小－頻率下降－轉(zhuǎn)速下降－功率減小。即“多用水，多耗電”；“少用水，少耗電”。由此可以看出，采用變頻供水技術(shù)比水泵單純工作在額定狀態(tài)下節(jié)能，經(jīng)測算最大可以達(dá)到40％節(jié)能效果。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備是直供設(shè)備，水泵停機(jī)，顧客就停水，即便沒有用水，水泵也會(huì)低速運(yùn)轉(zhuǎn)維持水壓。在小流量供水和維持水壓時(shí)段，水泵輸出功率接近額定功率1/2，這是一種很大揮霍。針對(duì)節(jié)能問題，供水設(shè)備內(nèi)含氣壓供水功能，需要小流量供水和維持管網(wǎng)水壓時(shí)，自動(dòng)切換到氣壓自動(dòng)供水程序，需要大流量供水時(shí)又自動(dòng)切換到變頻調(diào)速恒壓供水程序。2．壓力水罐智能恒壓供水系統(tǒng)壓力水罐式供水工程安裝示意圖如圖2－1所示。供水工程中水泵流量及揚(yáng)程，均是依照管網(wǎng)所需最大時(shí)供水量及供水壓力來選取。而實(shí)際運(yùn)營中取用水量，大某些時(shí)間低于設(shè)計(jì)用水量，只有在用水高峰時(shí)才干與設(shè)計(jì)最大時(shí)供水量持平。壓力水罐式供水既是將水泵輸入管網(wǎng)多余水進(jìn)入壓力水罐，使罐內(nèi)水位上升，壓力增大，當(dāng)壓力升至電接點(diǎn)壓力表控制上限時(shí)，觸點(diǎn)接通、電源接通、電源切斷、及時(shí)停泵；依托罐內(nèi)壓縮空氣將水壓入管網(wǎng)，水位減少壓力也隨之下降，當(dāng)壓力降至電接點(diǎn)壓力表控制下限時(shí)，觸點(diǎn)接通、電源接通、水泵啟動(dòng)，輸入管網(wǎng)多余水量又將進(jìn)入壓力水罐，重復(fù)前述過程。壓力水罐在供水工程中作用：一是用以暫時(shí)存儲(chǔ)管網(wǎng)運(yùn)營中浮現(xiàn)富余水量；二是當(dāng)管網(wǎng)中產(chǎn)生很大水錘沖擊力時(shí)，可起到保護(hù)管道作用；三是運(yùn)用供水自動(dòng)控制，供水壓力大且易于調(diào)節(jié)。本文就是要設(shè)計(jì)智能壓力水罐控制系統(tǒng)用以解決如上總總問題。2.2壓力水罐設(shè)計(jì)根據(jù)壓力水罐容積大小是依照水泵流量、管網(wǎng)用水量及水泵啟停次數(shù)等因素來擬定，普通可按下式選用其中U為壓力水罐容積(m3),Pm為管網(wǎng)所需最小工作壓力(kg/cm2)普通可按計(jì)算所需總供水壓力H總壓90%計(jì)算，ah為最小與最大壓力比值(以絕對(duì)壓力計(jì)，壓力水罐工作壓力比)，普通采用0.65---0.85,Vc為壓力水罐最大調(diào)節(jié)容積(m3)VC=(Vp-Vr)t（2-1）其中VP為所選水泵出水量(m3/h)，Vr為某一時(shí)段內(nèi)供水管網(wǎng)實(shí)際用水量(m3/h)，普通可取設(shè)計(jì)用水量70%一80%，t為壓力水罐由最小工作壓力到達(dá)最大工作壓力時(shí)間(h)，普通可取O.O5h左右。由上述公式可以看出，壓力水罐容積大小與下述因素關(guān)于：(1)所選水泵流量與管網(wǎng)實(shí)際時(shí)用水量差值；(2)擬定電接點(diǎn)壓力表最小值和最大值；(3)擬定從最小控制工作壓力上升至最大控制工作壓力所用葉問；(4)當(dāng)水泵流量與管網(wǎng)實(shí)際時(shí)用水量相等時(shí)，所需壓力水罐容積為零，此時(shí)電接點(diǎn)壓力表讀數(shù)不變化。2.2.2水泵重要性能參數(shù)a.吸程（Hd）：水泵中心至水面垂直高度b.揚(yáng)程（Hs）：水泵中心至最高供水點(diǎn)垂直度c.全揚(yáng)程（Ht）：吸程高度和揚(yáng)程高度之和Ht=Hd+Hsd.流量（Q）：流量是泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送出去液體量。分為體積流量：單位，m3/h，L/min質(zhì)量流量：單位，t/he.轉(zhuǎn)速Ns（RPM）：Ns=120*F/NF：頻率N：電機(jī)級(jí)數(shù)2.2.3功率和效率泵功率普通指輸入功率，即原動(dòng)機(jī)傳到泵軸功率，又稱軸功率，用P表達(dá)泵有效功率又稱輸出功率，它是單位時(shí)間從泵中輸出去液體在泵中獲得有效能量。由于揚(yáng)程是泵輸出單位重量液體從泵中獲得有效能量，因此揚(yáng)程和質(zhì)量流量及重力加速度乘積，就是單位時(shí)間內(nèi)從泵中輸出液體有效能量。用Pe表達(dá)Pe=ρgQH/1000泵效率用η表達(dá)：η=Pe/P

3水泵智能控制系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理3.1系統(tǒng)總體構(gòu)造設(shè)計(jì)圖3-1系統(tǒng)構(gòu)成原理圖圖3-2主回路及控制回路壓力水罐智能恒壓供水系統(tǒng)由壓力水罐、接點(diǎn)式壓力表、單片機(jī)控制單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元及水泵組等5某些構(gòu)成，如圖3－1示。傳感器采用接點(diǎn)式壓力表，用于檢測水管道壓力?？刂颇承┯蒑CS-51系列單片機(jī)為核心部件以及由固態(tài)繼電器、可控硅等構(gòu)成信號(hào)轉(zhuǎn)換、變送功能和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。依照傳感器檢測到水壓信號(hào)完畢水泵組切換和啟?？刂啤１疚拈_發(fā)系統(tǒng)其水泵組某些涉及三臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)三臺(tái)離心式水泵。水泵組電動(dòng)機(jī)運(yùn)用固態(tài)繼電器將單片機(jī)5V直流電信號(hào)變換為380V交流信號(hào)，強(qiáng)電信號(hào)通過交流接觸器作用于電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。其中電路中串接有缺相保護(hù)電路等。3.2系統(tǒng)控制原理欲穩(wěn)定水壓，需要構(gòu)成一種壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)由單片機(jī)、以及由固態(tài)繼電器、可控硅等器件構(gòu)成。該自動(dòng)控制系統(tǒng)通過安裝在壓力罐上電接點(diǎn)壓力表，把氣壓罐工作壓力變成開關(guān)量信號(hào)傳送到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)與給定參量進(jìn)行比較和邏輯控制算法，運(yùn)算后輸出控制信號(hào)，作用到固態(tài)繼電器，控制電機(jī)水泵機(jī)組啟停，按實(shí)際用水量供水并使供水壓力恒定。單片機(jī)控制調(diào)速供水系統(tǒng)控制原理如圖3-3示。圖3-3控制原理構(gòu)造圖電接點(diǎn)壓力表傳遞是開關(guān)量信號(hào)，分別代表壓力水罐最大工作壓力與最小工作壓力2個(gè)信號(hào)?？刂破骱诵臑镸CS－51系列單片機(jī)，依照開關(guān)量信號(hào)與泵組工作狀態(tài)，給出啟停信號(hào)控制泵組配套電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)與停機(jī)。泵組由多臺(tái)異步交流電機(jī)拖動(dòng)離心式水泵并聯(lián)構(gòu)成?？刂破髋c泵組間加軟起動(dòng)器，緩起緩?fù)Ｋ?，平穩(wěn)水壓，延長水泵壽命該系統(tǒng)依照供水系統(tǒng)工作環(huán)境最大需要用水量，先選用系統(tǒng)配套泵組數(shù)量，由單片機(jī)取電接點(diǎn)壓力表開關(guān)量信號(hào)，通過軟啟動(dòng)器，應(yīng)用先起先停、先停先起原則，按需輪換啟停泵組各臺(tái)泵機(jī)，最多所有泵投入工作，至少0臺(tái)泵工作，選用不同啟停輪詢時(shí)間參數(shù)，控制泵組在不同用水量狀況下啟停，實(shí)現(xiàn)泵循環(huán)平衡負(fù)載。電接點(diǎn)壓力表測量信號(hào)P共有四種分別表達(dá)壓力報(bào)警上限信號(hào)Pu2、壓力正常上限信號(hào)Pu1、壓力報(bào)警下限信號(hào)Ps2、壓力正常下限信號(hào)Ps1。這四個(gè)測量信號(hào)將壓力水罐內(nèi)部壓力分為壓力上限區(qū)：Pu1<P<Pu2（3.2）壓力下限區(qū)：Ps1<P<Ps2（3.3）為保證充分水量供應(yīng)，本系統(tǒng)采用三臺(tái)水泵構(gòu)成供水控制系統(tǒng)，具備同步控制三臺(tái)水泵功能。依照不同場合、不同需要可以采用任意臺(tái)水泵構(gòu)成水泵組。系統(tǒng)有管道漏水、水源狀態(tài)、消防信號(hào)、遠(yuǎn)傳表故障或欠壓超時(shí)和水位報(bào)警批示，可設(shè)定上限保護(hù)壓力，可設(shè)定泵上電工作順序，并具備手-自動(dòng)切換功能。3.3系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)優(yōu)化運(yùn)用傳感器等設(shè)備，對(duì)水泵站3臺(tái)水泵電流、電壓、壓力、溫度、壓差等模仿信號(hào)、故障報(bào)警、啟停等開關(guān)量信號(hào)實(shí)行集中監(jiān)控，并對(duì)水泵實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)控制。每臺(tái)水泵運(yùn)營、停機(jī)時(shí)間在LED顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。通過鍵盤設(shè)立和編程，進(jìn)行三臺(tái)水泵監(jiān)控時(shí)間切換。為了使系統(tǒng)突然失電后，數(shù)據(jù)不丟失，在單片機(jī)上加裝了鎖存器。如圖3-5所示。當(dāng)前，已運(yùn)營設(shè)備水泵大都采用繼電器控制，功能少、可靠性差、控制精度低，特別在現(xiàn)場事故發(fā)生時(shí)無法自動(dòng)采用緊急辦法，嚴(yán)重影響了設(shè)備安全運(yùn)營。而咱們所設(shè)計(jì)自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了水泵智能控制，并且從長時(shí)間來看，3臺(tái)水泵啟動(dòng)、停止時(shí)間基本同樣，避免了單臺(tái)機(jī)器長時(shí)間持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，減少了機(jī)器磨損限度，節(jié)約了能源，提高了水泵運(yùn)用率和維修周期。 圖3-5空壓機(jī)智能控制系統(tǒng)外部連接框圖

4重要芯片構(gòu)造與特點(diǎn)4.180C51單片機(jī)構(gòu)造特點(diǎn)MCS51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)一系列單片機(jī)總稱，這一系列單片機(jī)涉及8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型產(chǎn)品，該系列其他單片機(jī)都是在8051基本上進(jìn)行功能增、減變化而來，因此人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī)，而8031是前些年在國內(nèi)最流行單片機(jī)，因此諸多場合會(huì)看到8031名稱。INTEL公司將MCS51核心技術(shù)授權(quán)給了諸多其他公司，因此有諸多公司在做以8051為核心單片機(jī)，固然，功能或多或少有些變化，以滿足不同需求，其中80C51就是這幾年在國內(nèi)非常流行單片機(jī)，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)。本文在單片機(jī)高樓供水系統(tǒng)中將用80C51來完畢控制功能。4.1.1單片機(jī)構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，它在一塊芯片上集成了各種功能部件：中央解決器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、定期器/計(jì)數(shù)器、和各種輸入/輸出（I/O）接口（如并行I/O口、串行I/O口和A/D轉(zhuǎn)換器）等。她們之間互相連接圖如2-6圖，構(gòu)成一種完整微型計(jì)算機(jī)。 圖4-1單片機(jī)構(gòu)造框圖4.1.280C51單片機(jī)引腳描述CHMOS制造工藝80C51單片機(jī)采用40引腳雙列直插封裝（DIP方式），在單片機(jī)40條引腳中有2條專用于主電源引腳，2條外接晶體引腳，4條控制與其他電源復(fù)用引腳，32條輸入/輸出（I/O）引腳。下面按其引腳功能為四某些論述這40條引腳功能。電源引腳VCC和VSS。其中：VCC接+5V電壓。VSS接地。接晶體引腳XTAL1和XTAL2。XTAL1接外部晶體一種引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一種反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。XTAL2接外部晶體另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器反相放大器輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)CHMOS單片機(jī)，該引腳懸浮。控制或與其她電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP。ST/VPD：當(dāng)振蕩器運(yùn)營時(shí)，在此引腳上浮現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳接一種約5K下拉電阻，與VCC引腳之間連接一種約10uf電容，以保證可靠地復(fù)位。（4）VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保持內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VCC主電源下掉到低于規(guī)定電平，而VPD在其規(guī)定電壓范疇內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。（5）ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（容許地址鎖存）輸出用于鎖存地址低位字節(jié)。雖然不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變頻率周期性地浮現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率1/6。因而，它可用作對(duì)外輸出時(shí)鐘，或用于定期目。然而要注意是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一種ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸取或輸出電流）8個(gè)LS型TTL輸入電路。對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。（6）RSEN：此腳輸出是外部程序存儲(chǔ)器讀寫選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PESN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效PSEN信號(hào)將不浮現(xiàn)，PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸取或輸出）8個(gè)LS型TTL輸入。（7）EA/VPP：當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)程序，當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不論與否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，對(duì)于慣用80C51來說，無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，因此EA腳必要常接地，這樣才干只選取外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21伏編程電源（VPP）。輸入/輸出I/O引腳P0、P1、P2、P3共32根。a)P0口：是雙向8位三態(tài)I/O口，外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸取電流方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。b)P1口：是8位準(zhǔn)雙向I/O口由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能瑣存，故不是真正I/O口。門口能驅(qū)動(dòng)（吸取或輸出電流）4個(gè)LSTTL負(fù)載，對(duì)8052、8032，P1.0引腳第二功能為T2定期/計(jì)數(shù)器外部輸入，P1.1引腳第二功能為T2EX捕獲、重裝觸發(fā)，即T2外部控制端。對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接受低8位地址。c)P2口（21腳～28腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址，在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接受高8位地址。P2可以驅(qū)動(dòng)（吸取或輸出電流）4個(gè)LSTTL負(fù)載。d)P3口（10腳～17腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口，在80c51中，這8個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口，P3能驅(qū)動(dòng)（吸取或輸出電流）4個(gè)LSTTL負(fù)載。作為第一功能用時(shí)，就作為普通I/O口用，功能和操作辦法與P1口相似。表4-1P3口各引腳第二功能口線引腳第二功能P3.010RXD（串行輸入口）P3.111TXD（串行輸出口）P3.212INT0(外部中斷0)P3.313INT1(外部中斷1)P3.414T0（定期器0外部輸入）P3.515T1（定期器1外部輸入）P3.616WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖）P3.717RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖）值得強(qiáng)調(diào)是，P3口每一條引腳都可以獨(dú)立定義第一功能輸入輸出或第二功能。4.2壓力傳感器原理與應(yīng)用壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為慣用一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡樸簡介壓力傳感器原理及其應(yīng)用。4.2.1壓力傳感器原理力學(xué)傳感器種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛是壓阻式壓力傳感器，它具備極低價(jià)格和較高精度以及較好線性特性。下面咱們重要簡介此類傳感器。在理解壓阻式力傳感器時(shí)，咱們一方面結(jié)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。如圖4-2所示，電阻應(yīng)變片是一種將被測件上應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器重要構(gòu)成某些之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。普通是將應(yīng)變片通過特殊粘和劑緊密粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，從而使加在電阻上電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生阻值變化普通較小，普通這種應(yīng)變片都構(gòu)成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)儀表放大器進(jìn)行放大，再傳播給解決電路（普通是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（1）金屬電阻應(yīng)變片內(nèi)部構(gòu)造它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等某些構(gòu)成。依照不同用途，電阻應(yīng)變片阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻取值范疇?wèi)?yīng)注意：阻值太小，所需驅(qū)動(dòng)電流太大，同步應(yīng)變片發(fā)熱致使自身溫度過高，不同環(huán)境中使用，使應(yīng)變片阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界電磁干擾能力較差。普通均為幾十歐至幾十千歐左右。（2）電阻應(yīng)變片工作原理金屬電阻應(yīng)變片工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。（4-1）K0稱為金屬絲敏捷系數(shù)，其物理意義是單位應(yīng)變所引起電阻相對(duì)變化。（4-2）普通金屬電阻絲K0=1.7～4.6。咱們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生變化，如果金屬絲受外力作用而伸長時(shí)，其長度增長，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長度減小而截面增長，電阻值則會(huì)減小。只要測出加在電阻變化（普通是測量電阻兩端電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲應(yīng)變狀況。4.2.2壓力傳感器應(yīng)用壓電傳感器重要應(yīng)用在加速度、壓力和力等測量中。壓電式加速度傳感器是一種慣用加速度計(jì)。它具備構(gòu)造簡樸、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)秀特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力測量與真空度測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)一瞬間膛壓變化和炮口沖擊波壓力。它既可以用來測量大壓力，也可以用來測量微小壓力。壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測量中，例如說心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成，由于測量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍，因此壓電傳感器應(yīng)用就非常廣泛。

5供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5.1下面分別簡介壓力水罐智能恒壓供水系統(tǒng)硬件電路原理、元件功能與選型及硬件構(gòu)造設(shè)計(jì)。5.1.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成構(gòu)造控制器總體機(jī)構(gòu)分為輸入模塊、主控制模塊、輸入模塊三某些。如圖5－1所示圖5-1硬件框圖1輸入模塊：電接點(diǎn)信號(hào)采樣通道由R/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，經(jīng)電壓比較器與基準(zhǔn)電壓比較后變?yōu)楦?、低電平，光電隔離后送入主控制模塊。2主控制模塊包擴(kuò)核心8C51與LED顯示模塊，LED由74LS164驅(qū)動(dòng)，顯示方式為靜態(tài)顯示方式。LED用共陽極接法。3輸出模塊：涉及繼電器組控制和報(bào)警輸出。繼電器組實(shí)現(xiàn)泵組配套電機(jī)軟起動(dòng)。5.1.2元件選型在單片機(jī)高樓供水系統(tǒng)中將用89C51來完畢控制功能。80C51是一種低功耗、低電壓、高性能8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一種4K字節(jié)Flash可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(EPROM)，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司高密度非易失性存儲(chǔ)器(NURAM)技術(shù)，并且其輸出引腳和指令系統(tǒng)與都MCS－51兼容。片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器容許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)非易失性存儲(chǔ)器來編程。由于80C51是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理單片機(jī)，可以便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。80C51具備下列重要性能:4KB可改編程序Flash存儲(chǔ)器(可經(jīng)受1，000次寫入/擦除周期);全靜態(tài)工作:OHz~24MHz;三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密;128B字節(jié)內(nèi)部RAM;32條可編程I/O線;2個(gè)16位定期器/計(jì)數(shù)器;6個(gè)中斷源;可編程串行通道;片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等。80C51是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計(jì)，其工作頻率可下降到OHz，并提供兩種可用軟件來選取省電方式—空閑方式(IdleMode)和掉電方式(PowerDownMode)。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定期器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作，在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被凍結(jié)，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止。5.1.3硬件設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)控制電路所采用單片機(jī)是89C51，它是40引腳，DPI封裝集成電路芯片。隨著半導(dǎo)體工藝成熟和生產(chǎn)工業(yè)化，使它價(jià)格越來越低，是經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)首選機(jī)型。89C51具備豐富I/O接口，內(nèi)置定期計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)。CPU引腳如圖5－2示，各引腳分布和功能如下:1.主電源引腳單片機(jī)可以工作，需要電能，就少不了通過一種引腳給單片機(jī)提供電源。單片機(jī)使用是+5V電源，在本系統(tǒng)中，有專門輔助電源，產(chǎn)生+5V電壓，從31腳VCC接入，普通要接+5V電源，加引腳是一種接地引腳。圖5-2系統(tǒng)引腳2外接晶體振蕩器引腳單片機(jī)是一種時(shí)序電路，只有在提供脈沖信號(hào)作用下，才干正常工作。由于不同顧客對(duì)單片機(jī)速度規(guī)定不同樣，因而在單片機(jī)內(nèi)部，并沒有集成晶體振蕩器，而由顧客依照詳細(xì)控制狀況和規(guī)定選取外接。但外接晶體振蕩器振蕩信號(hào)，還局限性以驅(qū)動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路，因而，在80C51內(nèi)部，都設(shè)計(jì)一種高增益放大器將外接晶體振蕩器產(chǎn)生信號(hào)放大。在原理圖18和19引腳，X1和X2就分別是放大器輸出和輸入端。在本系統(tǒng)中，采用外接12MHz晶體振蕩器，同步外加30PF電容，構(gòu)成時(shí)鐘振蕩。3.I/O口第一功能80C51有強(qiáng)大I/O接口分別是P0.0－P0.7，Pl.0－P1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7，一共有32個(gè)引腳，這32個(gè)引腳都可以作為輸入/輸出用，這32個(gè)引腳，就構(gòu)成了80C514個(gè)并行I/O接口，完畢數(shù)據(jù)傳送和控制。4.控制信號(hào)引腳:ALE:地址鎖存容許輸出信號(hào)。ALE信號(hào)是以晶體振蕩頻率六分之一固定頻度周期性浮現(xiàn)正脈沖信號(hào)。每浮現(xiàn)一次，就意味著CPU要進(jìn)行一次從程序存儲(chǔ)器取指令字節(jié)操作。雖然不訪問外部存儲(chǔ)器，也會(huì)在ALE引腳上以同樣頻率了浮現(xiàn)正脈沖。因而可以將這個(gè)正脈沖作為外部時(shí)鐘或外部定脈沖使用。RST:復(fù)位信號(hào)，用于單片機(jī)初始化操作。EA:內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器訪問控制信號(hào)。當(dāng)EA為高電平時(shí)，既可訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，也可訪問外部程序存儲(chǔ)器。這就取決于PC值大小。若PC值在內(nèi)部程序存儲(chǔ)器容量范疇內(nèi)，就訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。因此當(dāng)EA為高平時(shí)，如果地址不大于4K(89C51內(nèi)部有4K程序存儲(chǔ)器)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。本系統(tǒng)程序大概占2K程序存儲(chǔ)器，因此沒有擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，故EA接為+5V高電平。5.I/O口第二功能由于工藝及原則化等因素，芯片引腳數(shù)目是有限。MCS-51系列把芯片引腳數(shù)目定為40個(gè)，但單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)其功能所需要信號(hào)數(shù)目卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個(gè)數(shù)，為解決這個(gè)矛盾，當(dāng)引腳數(shù)量有限時(shí)，唯一可行辦法，即給其中某些信號(hào)引腳賦以雙重功能。對(duì)于同一系列中各種型號(hào)單片機(jī)，其引腳基本功能是相似，所不同是引腳第二功能。有引腳第二功能比它第一功能尚有用，有時(shí)可以不運(yùn)用它基本功能，但是不能沒有它第二功能，缺少了它第二功能，單片機(jī)甚至不能工作。P0~P3口基本功能都是作為通用雙向I/O口，它們第二功能分別如下:P0口:該壓力水罐智能供水系統(tǒng)僅用內(nèi)部存儲(chǔ)器時(shí)，因此僅使用P2口通用I/O口功能。Pl口:P1口只能作為通用I/O口使用。P2口:該壓力水罐智能供水系統(tǒng)僅用內(nèi)部存儲(chǔ)器時(shí)，因此僅使用P2口通用I/O口功能。P3:在51單片機(jī)中，P3口8引腳都具備特定第二功能，并且都是很重要功能。表5－3給出了P3口第二功能。表5-3P3口第二功能單片機(jī)各端口第二功能完全是自動(dòng)，不需要用指令來轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是WR、RD信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)外接RAM或有外部I/O口時(shí)，它們被用作第二功能，它們就自動(dòng)充當(dāng)著傳播“寫”或“讀”信號(hào)作用，不能作為通用I/O口時(shí)，也就是說，只要CPU執(zhí)行到MOVX指令，就會(huì)有相應(yīng)信號(hào)從P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令闡明.P3口第二功能信號(hào)都是單片機(jī)重要控制信號(hào).因而在實(shí)際使用時(shí)，都是按需要選用其第二功能信號(hào)，剩余才以第一功能身份做數(shù)據(jù)I/O口使用.5.1.4I/O口定義與選用依照以上簡介I/O口功能。依照所設(shè)計(jì)壓力水罐智能供水系統(tǒng)功能和特點(diǎn)。咱們定義I/O口功能如下：P0.0-P0.7及P1.0-P1.5用于6為LED顯示，數(shù)碼顯示屏可以顯示手自動(dòng)標(biāo)記、罐內(nèi)壓力范疇等信息。P1.6-P1.7及P2.0-2.2用于6個(gè)按鍵輸入口,6個(gè)鍵盤功能分別為:一種用于切換手自動(dòng)操作功能鍵;三個(gè)手動(dòng)操作時(shí)0號(hào)至2號(hào)泵啟停鍵;一種顯示罐內(nèi)壓力區(qū)顯示鍵;一種系統(tǒng)復(fù)位鍵。P2.3-2.5分別用于控制3臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)啟?？刂菩盘?hào)。P3.0-3.3分別用于接受電接點(diǎn)壓力表測量信號(hào)，單片機(jī)依照4個(gè)輸入信號(hào)變化與組合，由邏輯控制算法決定3臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)啟停。圖5-48段LED構(gòu)造及外形圖為了使LED顯示屏顯示不同符號(hào)或數(shù)字，就要把不同段發(fā)光二極管點(diǎn)亮，這樣就要為LED顯示屏提供代碼，由于這些代碼可使LED相應(yīng)段發(fā)光，從而顯示不同字型，因而該代碼稱之為段碼（或稱之為字型碼）。7段發(fā)光二極管，再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段。因而提供應(yīng)LED顯示屏段碼（或字型碼）正好是1B。各段與字節(jié)中各位相應(yīng)關(guān)系如下：表5-5各段與字節(jié)中各位相應(yīng)關(guān)系代碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段dpgfedcba按照上述格式，8段LED段碼如表5-5所示。表5-68段LED段碼表顯示字符共陰極段碼共陽極段碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8Hy6EH91H87FH80HH76H89H96FH90HL38HC7HA77FH88H“滅”00HFFHB7CH83H………5.2外圍電路設(shè)計(jì)原理1.復(fù)位電路設(shè)計(jì)任何計(jì)算機(jī)在工作之前都要有個(gè)復(fù)位過程。對(duì)單片機(jī)來說，復(fù)位時(shí)候，CPU也沒有開始執(zhí)行程序，只是在做準(zhǔn)備工作.計(jì)算機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中其她功能部件都處在一種擬定初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始進(jìn)行工作。計(jì)算機(jī)無論是在剛開始通電時(shí)、斷電后，還是系統(tǒng)浮現(xiàn)故障時(shí)都需要復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在單片機(jī)引腳中有一種復(fù)位引腳RST，只要在單片機(jī)RST引腳上持續(xù)浮現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平就可以完畢復(fù)位了。這個(gè)時(shí)間很短，很容易滿足。為了保證復(fù)位，這個(gè)時(shí)間普通要延長，大概在10ms以上就可以了。可以用諸各種辦法進(jìn)行復(fù)位.例如PC機(jī)有兩種啟動(dòng)方式:冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)，事實(shí)上就相應(yīng)了兩種不同復(fù)位方式:一種是在計(jì)算機(jī)沒有工作前提下，通過給計(jì)算機(jī)加電實(shí)現(xiàn)復(fù)位;另一種是在計(jì)算機(jī)已經(jīng)正常工作狀況下，通過復(fù)位鍵RESTE或重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。同樣單片機(jī)復(fù)位按原理普通也可提成上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。AT89C51第9引腳是復(fù)位引腳，在晶振頻率選用6MHz時(shí)，C取22μF，R1取8K左右。上電自動(dòng)復(fù)位電路是運(yùn)用電容充電來實(shí)現(xiàn)復(fù)位。電容特性是隔直流、通交流。在單片機(jī)接通電源瞬間，電源相稱于一種交流電、電容兩端相稱于短路，RESTE端電位與Vcc相似，都是+5V。隨著RC電路充電，RESET電位就會(huì)逐漸下降，只要保證RESTE為高電平時(shí)間不不大于10ms就能正常復(fù)位了。當(dāng)單片機(jī)正常工作時(shí)，80C519號(hào)引腳，維持一種高電平(+5V)。2．本系統(tǒng)中P0~P3口輸入、輸出信號(hào)檢測信號(hào)和控制信號(hào)功能和狀態(tài)：系統(tǒng)顯示某些采用6片74LS164驅(qū)動(dòng)LED，LED顯示方式為靜態(tài)顯示方式。使用AT89C51串行通訊口TXD、RXD，串行口工作于方式0，即移位寄存器方式。93C46為串行EEPROM，用于保存開機(jī)設(shè)定期原始參數(shù)，這樣當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，設(shè)定數(shù)據(jù)能永久保存，再開機(jī)上電時(shí)無需再重新設(shè)定參數(shù)，即可以運(yùn)營于掉電前狀態(tài)。采用NE555構(gòu)成硬件定期復(fù)位電路，可以有效防止程序死機(jī)現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)抗干擾性能。復(fù)位電路每1s向AT89C51RESET端發(fā)出復(fù)位信號(hào)。依照程序需要，通過8951P0.4可以隨時(shí)控制復(fù)位電路起動(dòng)和停止,當(dāng)P3.4=0時(shí)，NE5552引腳為低電平，停止復(fù)位；當(dāng)P04=0時(shí)，NE5552引腳為高電平，起動(dòng)復(fù)位。74LS273用于對(duì)繼電器輸出狀態(tài)硬件鎖存,以防止輸出狀態(tài)被干擾。ULN為反向驅(qū)動(dòng)芯片，同步在74LS273CLEAR管腳，外接了RC電路，用于開機(jī)上電時(shí)清零74LS273輸出端。同步在報(bào)警輸入端與CPU之間采用光耦隔離，以消除外部干擾。由于系統(tǒng)規(guī)定響應(yīng)速度并不快，因而，系統(tǒng)AD輸入采用8位串行ADC0831逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器,這樣可以節(jié)約AT89C51IO口,并可減少成本。DA輸出采用了光耦隔離式DA輸出，在報(bào)警輸入端與CPU之間也采用了光耦隔離,以消除外部干擾。圖5-5單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED電路圖5.3單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換器接口電路5.3.1ADC0809芯片簡介（1）ADC0809引腳及功能ADC0809是一種逐次比較式8路模仿輸入、8位數(shù)字量輸出A/D轉(zhuǎn)換器。其引腳如圖5-5所示。由引腳圖可見，ADC0809共有28腳，采用雙列直插式封裝。其重要引腳功能如下：IN0~IN7是8路模仿信號(hào)輸入端；D0~D7是8位數(shù)字量輸出端；A、B、C與ALE控制8路模仿通道切換，A、B、C分別與3根地址線或數(shù)據(jù)線相連，3位編碼相應(yīng)8個(gè)通道地址端口。C、B、A=000~111分別相應(yīng)IN0~IN7通道地址。OE、START、CLK為控制信號(hào)端，OE為輸出容許端，START為啟動(dòng)信號(hào)輸入端，CLK為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。VR(+)和VR(-)為參照電壓輸入端。（2）ADC0809構(gòu)造及轉(zhuǎn)換原理ADC0809構(gòu)造框圖如圖5-6所示。ADC0809是采用逐次比較辦法完畢A/D轉(zhuǎn)換，由單一+5V電源供電。片內(nèi)帶有鎖存功能8路選1模仿開關(guān)，由C、B、A引腳編碼來決定所選通道。0809完畢1次轉(zhuǎn)換需100us左右，輸出具備TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到MCS-51數(shù)據(jù)總線上。通過恰當(dāng)外接電路，0809可對(duì)0~5V模仿信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖5-6ADC0809構(gòu)造圖5.3.2ADC0809與單片機(jī)工作過程與查詢方式（1）單片機(jī)控制ADC0809工作過程如下一方面用指令選取0809一種模仿輸入通道，當(dāng)執(zhí)行MOVX@DPTR,A時(shí)，單片機(jī)WR信號(hào)有效，從而產(chǎn)生一種啟動(dòng)信號(hào)，給0809START引腳送入脈沖，開始對(duì)選中通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，0809發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC（高電平）信號(hào)，該信號(hào)可供單片機(jī)查詢，也可反相后作為向單片機(jī)發(fā)出中斷祈求信號(hào)；當(dāng)執(zhí)行指令：MOVXA,@DPTR，單片機(jī)發(fā)出讀控制器RD信號(hào)，OE端有高電平，且把通過0809轉(zhuǎn)換完畢數(shù)字量讀到A累加器中。有上述可見，用單片機(jī)控制ADC時(shí)，可采用查詢和中斷控制兩種方式。查詢方式是在單片機(jī)把啟動(dòng)信號(hào)送到ADC之后，執(zhí)行別程序，同步對(duì)0809EOC引腳狀態(tài)進(jìn)行查詢，以檢查ADC變換與否已經(jīng)結(jié)束，如查詢到變換已經(jīng)結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢數(shù)據(jù)。中斷控制方式是在啟動(dòng)信號(hào)送到ADC之后，單片機(jī)執(zhí)行別程序。0809轉(zhuǎn)換結(jié)束并向單片機(jī)發(fā)出中斷祈求信號(hào)時(shí)，單片機(jī)響應(yīng)此中斷祈求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。中斷控制方式效率高，因此特別適合于變換時(shí)間較長ADC。（2）查詢方式單片機(jī)與ADC0809接口如圖5-7所示。由于ADC0809片內(nèi)無時(shí)鐘，可運(yùn)用單片機(jī)提供地址鎖存容許信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器2分頻后獲得，ALE引腳頻率是51單片機(jī)時(shí)鐘頻率1/6。如果單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用6MHz，則ALE引腳輸出頻率為1MHz，再2分頻后為500kHz，正好符合ADC0809對(duì)時(shí)鐘頻率規(guī)定。由于ADC0809具備輸出三態(tài)鎖存器，其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。地址譯碼引腳C、B、A分別與地址總線低3位A2、A1、A0相連，以選通IN0~IN7中1個(gè)通路。將P2.7作為片選信號(hào)端，在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)寫信號(hào)WR和P2.7引腳信號(hào)控制ADC地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，由于ALE和START連在一起，因而ADC0809在鎖存通道地址同步，啟動(dòng)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換成果時(shí)，用低電平讀信號(hào)RD和P2.7引腳經(jīng)1級(jí)或非門后，產(chǎn)生正脈沖作為OE信號(hào)，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。圖5-7單片機(jī)與ADC0809接口圖5.5單片機(jī)與AT24C02應(yīng)用電路5.5.1AT24C在單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中，經(jīng)常但愿對(duì)現(xiàn)場輸入數(shù)據(jù)可以在斷電狀況下長期保存，以避免下次開機(jī)時(shí)重新輸入。此項(xiàng)工作普通采用AT24C02芯片來完畢。AT24C02是帶12C總線接口E2PROM，其容量為256×8。它特點(diǎn)是無需特殊設(shè)備。單片機(jī)自身就可對(duì)它進(jìn)行讀／寫操作，寫入數(shù)據(jù)在斷電狀況下可保存十年以上。使用非常以便。AT24C02有一種16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過I2C總線接口進(jìn)行操作，有一種專門寫保護(hù)功能。但由于80C51單片機(jī)沒有I2C總線接口。故不能直接使用。普通采用虛擬I5.5.2AT24CAT24C02支持IC，總線數(shù)據(jù)傳送合同IC，總線合同規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線器件作為發(fā)送器。任何從總線接受數(shù)據(jù)器件為接受器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)主器件控制。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接受器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接受）模式，通過器件地址輸入端A0、A1和A2可以實(shí)現(xiàn)將最多8個(gè)AT24C02器件連接到總線上。管腳封裝如下圖5-8所示。圖5-8AT24C02管腳封裝圖表5-3AT24C02管腳描述管腳名稱功能A0A1A器件地址選取SDA串行數(shù)據(jù)/地址SCL串行時(shí)鐘WP寫保護(hù)Vcc+1.8V~6.0V工作電壓Vss地SCL串行時(shí)鐘AT24C02串行時(shí)鐘輸入管腳用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接受時(shí)鐘，這是一種輸入管腳。SDA串行數(shù)據(jù)/地址AT24C02雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接受，SDA是一種開漏輸出管腳，可與其他開漏輸出或集電極開路輸出進(jìn)行線或（wire-OR）。A0、A1、A2器件地址輸入端這些輸入腳用于各種器件級(jí)聯(lián)時(shí)設(shè)立器件地址，當(dāng)這些腳懸空時(shí)默認(rèn)值為0。當(dāng)使用AT24C02時(shí)最大可級(jí)聯(lián)8個(gè)器件。如果只有一種AT24C02被總線尋址，這三個(gè)地址輸入腳（A0、A1、A2）可懸空或連接到Vss，如果只有一種AT24C02被總線尋址這三個(gè)地址輸入腳（A0、A1、A2）必要連接到Vss。WP寫保護(hù)如果WP管腳連接到Vcc，所有內(nèi)容都被寫保護(hù)只能讀。當(dāng)WP管腳連接到Vss或懸空容許器件進(jìn)行正常讀/寫操作5.5.3AT24C02與80CAT24C02與80C51連接電路如圖5-9所示。單片機(jī)要想與其連接某一器件進(jìn)行通信，該器件必要有一種地址。AT24C02地址是一種8位二進(jìn)制數(shù)，其格式為：表5-4AT24C02地址D7D6D5D4D3D2D1D01010A2A1A0R/EQ

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,W)，其中：A2、A1、A0為引腳地址。其數(shù)值由連接電路決定。當(dāng)接電源時(shí)取“1”，接地時(shí)取“0”。R/EQ

\F(

,W)，為數(shù)據(jù)方向位，當(dāng)R/=1EQ

\F(

,W)，時(shí)，表達(dá)從AT24C02中讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)R/=0時(shí)，表達(dá)向AT24C02中寫入數(shù)據(jù)。5.5.4ATI2C總線中，對(duì)AT24C02內(nèi)部存儲(chǔ)單元讀／寫時(shí)，除了要擬定該器件讀／寫地址外，還要指定片內(nèi)讀／寫子地址(SUBADR)。由于片內(nèi)子地址采用8位地址指針尋址，故子地址(SUBADR)為00H～FFH。按照AT24C02器件手冊(cè)，讀／寫N個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)格式如下：寫N個(gè)字節(jié)操作格式表5-5寫N個(gè)字節(jié)操作格式SSLAWASUBADRAData1AData2A...DataNAP讀N個(gè)字節(jié)操作格式表5-6讀N個(gè)字節(jié)操作格式SSLAWASUBADRASSLARAData1A...DataNAP其中白色單元格為單片機(jī)發(fā)送。AT24C02接受；灰色單元格為AT24C02發(fā)送，單片機(jī)接受。S為起始信號(hào)。P為終結(jié)信號(hào)，A為應(yīng)答信號(hào)。為非應(yīng)答信號(hào)。SLAW為寫地址。SLAR為讀地址。按照?qǐng)D2連接方式SLAW=AOH，SLAR=A1H。Data1～DataN為寫入／讀出N個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。從讀操作格式中可以看出。在讀N個(gè)字節(jié)前。一方面要進(jìn)行一種子地址(SUBADR)寫操作，然后才進(jìn)行讀操作。圖5-9AT24C02與80C51連接電路圖5.6單片機(jī)與鍵盤接口電路5.6.174LS148芯片簡介74LS148是8：3線優(yōu)先編碼器。它容許各種輸入信號(hào)同步有效，但只對(duì)一種優(yōu)先級(jí)最高輸入信號(hào)進(jìn)行編碼。在優(yōu)先編碼器電路中，容許同步輸入兩個(gè)以上編碼信號(hào)。但是在設(shè)計(jì)優(yōu)先編碼器時(shí)，已經(jīng)將所有輸入信號(hào)按優(yōu)先順序排了隊(duì)。在同步存在兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入信號(hào)時(shí)，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級(jí)高輸入信號(hào)編碼，優(yōu)先級(jí)低信號(hào)則不起作用。如圖5-10所示是八線-三線編碼器74LS148慣用符號(hào)及管腳圖。圖5-1074LS148管腳圖引出端符號(hào)：0~7編碼輸入端（低電平有效）EI選通輸入端（低電平有效）A0、A1、A2編碼輸出端（低電平有效）GS寬展端（低電平有效）BO選通輸出端5.6.2（1）EI=1時(shí)，則無論輸入

I0~I7八個(gè)端為什么種狀態(tài)，A2A1A（2）EI=0時(shí)Ⅰ.I0~I7均為高電平，GS=1時(shí)A2A1Ⅱ.只有I0=0（優(yōu)先級(jí)別最低位有低電平輸入時(shí)）GS=0，A2A1表5-6優(yōu)先編碼器74148功能表輸入輸出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001100xxxxx011010100xxxx0111011100xxx01111100100xx011111101100x01111111101000111111111110從功能表可以看出，輸入端優(yōu)先級(jí)別順序依次為I7，I6，…，I0。當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級(jí)別高輸入端無低電平輸入時(shí)，輸出端才輸出相應(yīng)當(dāng)輸入端代碼。例如：I5=0且I6=I7=1(I6、I7優(yōu)先級(jí)別高于I5)則此時(shí)輸出代碼010(為5(10)=(101)2反碼)這就是優(yōu)先編碼器工作原理。（從優(yōu)先編碼其邏輯圖可以分析）5.6.374LS148連接鍵盤、單片機(jī)電路圖6.供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6.1編程思路依照硬件構(gòu)成與控制需求，軟件按構(gòu)造分為主程序、子程序涉及中斷服務(wù)程序。從功能劃分，涉及系統(tǒng)初始化、鍵盤掃描、泵組控制、LED驅(qū)動(dòng)、故障檢測、報(bào)警。上電啟動(dòng)后，主程序停止所有泵，完畢系統(tǒng)硬件初始化，進(jìn)入泵組控制，調(diào)用中斷服務(wù)，按給定狀態(tài)輪詢時(shí)間參數(shù)t掃描電接點(diǎn)壓力表狀態(tài)（分高電平代表工作壓力下限，低電平代表工作壓力上限），與泵組工作狀態(tài)結(jié)合，按先起先停、先停先起原則，通過光耦傳控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)LED驅(qū)動(dòng)顯示工作狀態(tài)。報(bào)警模塊配合故障監(jiān)測傳感電路，完畢管網(wǎng)、水源、泵運(yùn)營負(fù)荷、電源電壓等系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)測完畢報(bào)警任務(wù)。6.2程序流程圖1．主程序流程圖如圖6－1示。;**************************水泵控制系統(tǒng)*********************************;*******************************謝驊**************************************P_PEQU60H;實(shí)際水壓值P_HEQU62H;高水壓值此水壓下1個(gè)泵運(yùn)營此水壓上3個(gè)泵停止P_MEQU63H;中水壓值此水壓下2個(gè)泵運(yùn)營P_LEQU64H;低水壓值此水壓下3個(gè)泵運(yùn)營T_AHEQU67H;A泵運(yùn)營時(shí)間高8位以小時(shí)為單位時(shí)為單位T_ALEQU66H；低8位T_AMEQU65H;以分鐘為單位T_BHEQU6AH;B泵運(yùn)營時(shí)間T_BLEQU69HT_BMEQU68HT_CHEQU6DH;C泵運(yùn)營時(shí)間T_CLEQU6CHT_CMEQU6BHSTATEEQU6EH;3個(gè)泵運(yùn)營狀態(tài);(STATE)=00HABC停止；04HA運(yùn)營；02HB運(yùn)營；01HC運(yùn)營；06HAB運(yùn)營；05HAC運(yùn)營；03HBC運(yùn)營；07HABC運(yùn)營ORG0000HLJMPSTARTORG000BHLJMPIT0PSTART：CLRAMOVT_AH,A;初始化計(jì)時(shí)清零MOVT_AL,AMOVT_AM,AMOVT_BH,AMOVT_BL,AMOVT_BM,AMOVT_CH,AMOVT_CL,AMOVT_CM,AMOVSTATE,A;狀態(tài)清零ABC停止MOVP1,AMOVP_H,#5AH;設(shè)定高水壓值90假定值，實(shí)際設(shè)立要按控制規(guī)定設(shè)定MOVP_M,#3CH；設(shè)定中水壓值60MOVP_L,#1EH;設(shè)定低水壓值30START_0：MOVTMOD,#01H；設(shè)T0為方式1MOVR7