CN207211255U - 一种基于单片机的恒压供水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的恒压供水装置，包括单片机，压力传感器通过A/D转换电路连接单片机，所述压力传感器设置于水管内侧，所述单片机连接变频器，所述变频器通过第一继电器连接第一水泵电机，所述单片机还通过第二继电器连接第二水泵电机，所述单片机通过PID控制系统控制变频器。结构简单、成本低廉，抗干扰能力强，能够进行全面检测，稳定性好。

Description

一种基于单片机的恒压供水装置

技术领域

本实用新型涉及一种恒压供水系统，具体地涉及一种基于单片机的抗干扰能力强的恒压供水系统。

背景技术

随着居民区的不断扩建与改造，楼房层数的不断加高，我国居民用水难问题越来越突出，特别是高层建筑居民，原有的自来水管网的压力出现不足，大部分地区普遍存在着用水高峰期高层供不上水，高层居民经常出现用水难问题，给生活带来极大不便。这种用水难问题在大城市表现尤为突出。由于能源的问题不得不改变以往的供水方案，来改变在供水中的能源浪费问题。

在国内外已有很多关于恒压供水的研究，其中主要由两种，一是基于单片机加通用变频器的恒压供水系统，一是基于PLC加专用变频器的恒压供水系统，两种方案各有自己的特点，第一种价格便宜，通用性强，易于操作，不需专业人员就能操作，但是其抗干扰能力较差、稳定性不高。而后者价格高，对专业知识要求高，非专业人员不易操作，但是其抗干扰能力强，在市场上也有很大的应用。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是：提供一种基于单片机的恒压供水装置，结构简单、成本低廉，抗干扰能力强，能够进行全面检测，稳定性好。

本实用新型的技术方案是：

一种基于单片机的恒压供水装置，包括单片机，压力传感器通过A/D转换电路连接单片机，所述压力传感器设置于水管内侧，所述单片机连接变频器，所述变频器通过第一继电器连接第一水泵电机，所述单片机还通过第二继电器连接第二水泵电机，所述单片机通过PID控制系统控制变频器。

优选的，所述单片机还连接显示电路和按键电路。

优选的，系统通过三端稳压电源连接电源输入端。

优选的，所述单片机还连接太阳能电池板。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

本实用新型采用压力传感器反馈电压信号至变频器中央处理器(MCU)，经PID控制组成闭环控制系统。其输出频率的大小由MCU处理器控制，使电机的转速自动增加或降低；当变频主电机由变频器拖动运行至最大频率，压力如还不能达到设定的压力值，则MCU自动启动定频副电机，以期保持供水压力恒定。这样不但减小了电动机的无功功率，而且提高了水泵的工作效率，节约了能源。采用变频控制方式；其操作方便，无须手动调节进水阀门；启动噪音低，由于启动电流很小，减小了对电网的冲击，保护了用电设备。而且其系统实现起来比较简单，并且系统价格相对来说也比较便宜。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型水管压力测量电路图；

图3为本实用新型按键接口模块电路图；

图4为本实用新型电机控制电路的电原理图；

图5为本实用新型稳压电源模块的电原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

实施例：

如图1所示，本实用新型由变频器、控制器、传感器、主副两个水泵电机及相关电气控制设备集成而成，是一种具有变频调速和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备。它可同时对二台三相380/50Hz,异步电动机行变频调速和闭环控制。

单片机为核心构成控制器，将设定值与压力反馈值进行PID运算，系统通过压力传感器将电器部分与泵组联系起来，构成闭环系统。运算结果以0-10v的电压信号输给变频器，驱动主水泵电机工作，其输出频率的大小由作用MCU处理器控制，使电机的转速自动增加或降低；当变频主电机由变频器拖动运行至最大频率，压力如还不能达到设定的压力值，则控制启动定频副电机，以期保持供水压力恒定。这样不但减小了电动机的无功功率，而且提高了水泵的工作效率，节约了能源。

如图2所示，通过压力传感器测量水管的电压。本本发明的压力传感器采用压阻式传感器。压阻式传感器是利用晶体的压阻效应制成的传感器。当它受到压力作用时，应变元件的电阻发生变化，从而使输出电压发生变化。一般压阻式传感器是在硅膜片上做成四个等值的电阻的应变元件，构成惠斯特电桥。当受到压力作用时，一对桥臂的电阻变大，而另一对桥臂电阻变小，电桥失去平衡，输出一个与压力成正比的电压。由于硅压阻式压力传感器的灵敏系数比金属应变的灵敏系数大50～100倍，故硅压阻式压力传感器的满量程输出可达几十毫伏至二百多毫伏，有时不需要放大就可直接测量。另外压阻式传感器还有易于微型化，测量范围宽，频率响应好(可测几千赫兹的脉动压力)和精度高等特点。但在使用过程中，要注意硅压阻式压力传感器对温度很敏感，在具体的应用电路中要采用温度补偿。目前大多数硅压阻式传感器已将温度补充电路做在传感器中，从而使得这类传感器的温度系数小于±0.3％的量程。

如图3所示，本系统采用独立式按键，独立式按键的各按键相互独立，每个按键都有一个输入线，各按键的状态互不影响，CPU需对按键状态分别检测，只适用于按键数量较少的场合。在此电路中，按键输入部分采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/0口线有确定的电平。在扫描时，先读取P0口的四位，若某位为低电平，应先延时l0ms，然后再读取该位，如果读得的值仍为低电平，可确认此键已按下，然后调用该键的键处理子程序，各键的优先级别由软件安排。依据本次的设计要求我们大体分析在自动部分需要4个按键，因此我们选择独立式键盘。在电路仿真当中，为了体现效果，把最小步进临时改成了5。按下启停键后，系统将压力传感器传过来的信号进行转换后进入单片机，显示出当前的水压。按下设置键后，系统显示出设定的压力值，如果对设置的水压进行调整，通过增减键，可以进行单位为5的调整。

如图3所示，电路由4个按键和4个电阻组成，按键分别命名为【启停键】、【设置键】、【增一键】和【减一键】，共四个键，电阻可以采用9脚排阻(8×10KΩ)。

【启停键】功能：启动/停止，执行开始自动运行和停止功能；

【设置键】功能：设置，与【加一键】和【减一键】键配合对压力进行调整，开始设置。

【增一键】键功能：+1，与【设置键】键配合对压力进行调整，【加一键】键每按下一次则进行数据进行+1操作。

【减一键】键功能：-1，与【设置键】键配合对压力进行调整，【减一键】键每按下一次则进行数据进行-1操作。

如图4，压力传感器将压力信号经过A/D转换后输入到单片机，如果压力和设定压力有偏差，单片机将控制变频器调频，通过主电机继电器接通主电机，使压力值稳定，当变频主电机由变频器拖动运行至最大频率，压力如还不能达到设定的压力值，则MCU通过副电机继电器启动定频副电机，以期保持供水压力恒定。这样不但减小了电动机的无功功率，而且提高了水泵的工作效率，节约了能源。

如图5所示，大部分的电子电路与电子设备都需要有一个稳定的直流电源提供能量，而且对于我们通常所接触的控制器而言，一般都是利用电网提供的交流电源，经过整流、滤波、稳压后，滤去其不稳定的脉动、干扰成分，提供一个稳定的直流电压，来使电子电路与电子设备保持正常的工作。并且，我们目前绝大部分电子电路与电子设备都是使用线性电源，即通过降压、整流、滤波、稳压后提供稳定的直流电压给电子电路及芯片工作的。固定式三端稳压电源(7805)是由输出脚Vo,输入脚Vi和接地脚GND组成,它的稳压值为+5V,它属于CW78xx系列的稳压器,输入端接电容可以进一步的滤波,输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响,此电路的稳定性也比较好。由于固定式三端稳压电源(7805)的输出电流有1.5A，而本次设计电路电流在1A到2A之间，考虑到电路的一般余量在2倍到3倍左右。故本次设计电源电路需要采用扩流电路。采用外接PNP型大功率管的方法，这是一种最基本的扩展电流电路，扩展的输出电流取决于外接功率管的电流负载量，电路中的R1是VT的偏置电阻，为VT1提压导通时的基极偏压，VT与集成稳压器内电路中的NPN型调整管组成复合管，设Ir为流过电阻R1中的电流，Ic为流过外接调整管的集电极电流，Td为7805的静态工作电流，这时7805的输出电流为Ioxx，可表示Ioxx＝Ir+Ic/β-Id式中β为VT的电流放大系数，稳压扩展后的输出电流Io可表示为Io＝Ic+Ioxx。因为7805的的最大输出电流为1.5A，当Io取1.5A时，则稳压器的扩展后的输出电流为3A，加一只二极管VD与R1并联，把外接整流管的VT1的发射结电阻限制在0.7V以内，当输出电流超过额定植时，保护电阻R2上的压降增大，必然会使VT1的Vbe减小，从而使VT1的输出电流减小，以至不导通，这样便达到了保护外接管的目的。电路中的VT1可选用3CD6等PNP型硅低频大功率管。

本实用新型可以使用交流电源进行供电，也可以连接太阳能电池板，通过太阳能转换成电能进行供电。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (4)

1.一种基于单片机的恒压供水装置，包括单片机，其特征在于，压力传感器通过A/D转换电路连接单片机，所述压力传感器设置于水管内侧，所述单片机连接变频器，所述变频器通过第一继电器连接第一水泵电机，所述单片机还通过第二继电器连接第二水泵电机，所述单片机通过PID控制系统控制变频器。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的恒压供水装置，其特征在于，所述单片机还连接显示电路和按键电路。

3.根据权利要求1所述的基于单片机的恒压供水装置，其特征在于，所述装置通过三端稳压电源连接电源输入端。

4.根据权利要求1所述的基于单片机的恒压供水装置，其特征在于，所述单片机还连接太阳能电池板。