專利名稱：恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于供水系統(tǒng)中的自動(dòng)控制儀器，尤其涉及一種對(duì)供水壓力進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和反饋控制的恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置。
背景技術(shù)：
目前有大多數(shù)自來水廠還是應(yīng)用老式節(jié)流閥式供水裝置，這是一種能耗極高的方式。無論用水量多少、管道中水壓高低，只要泵啟動(dòng)，就是工頻運(yùn)行，而當(dāng)用水量大時(shí)，管道中水壓下降，遠(yuǎn)端或高層用戶就沒水可用，造成不必要的麻煩?，F(xiàn)有的供水系統(tǒng)已不能滿足實(shí)際需要。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置，它能適時(shí)根據(jù)管道中的供水壓力調(diào)節(jié)供水電機(jī)的工作，使供水壓力始終保持穩(wěn)定。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型中的供水電機(jī)以變頻電機(jī)取代，同時(shí)增加一管道水壓檢測(cè)裝置、一主要由電源電路、單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等組成的供水電機(jī)信號(hào)給定裝置，所述管道水壓檢測(cè)裝置所檢測(cè)到的管道水壓信號(hào)、及控制信號(hào)均以電流或電壓信號(hào)的形式一并輸入到管道水壓信號(hào)處理給定裝置中，由其對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行處理，并輸出控制供水電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)到供水電機(jī)變頻器對(duì)供水電機(jī)進(jìn)行控制進(jìn)而調(diào)節(jié)供水管道中的壓力。從而根據(jù)實(shí)時(shí)管道水壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)供水電機(jī)轉(zhuǎn)速，使供水電機(jī)始終工作在管道水壓較為穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)變頻器輸出為滿負(fù)荷而供水壓力沒有到達(dá)預(yù)設(shè)壓力時(shí)，則自動(dòng)開啟備用水泵，滿足供水壓力要求。從而實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的壓力恒定。
具體地說，一種恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置，包括供水電機(jī)，其特征在于所述供水電機(jī)為變頻電機(jī)，它還包括，一管道水壓檢測(cè)裝置，它包含一用于檢測(cè)管道水壓的壓力傳感器，它將所檢測(cè)到的管道壓力信號(hào)以電流或電壓信號(hào)的形式輸出；一管道水壓信號(hào)給定處理裝置，主要由電源、單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、光電隔離電路、可編程序控制器PLC、通訊接口、控制按鈕、顯示器、鍵盤等組成，所述A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端與管道水壓檢測(cè)裝置中用于檢測(cè)管道水壓的壓力傳感器的模擬量輸出端相連接，其輸出端經(jīng)光電隔離電路輸入到單片機(jī)中，該A/D轉(zhuǎn)換器還與一電源相連接，以將反映管道水壓大小的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸入到單片機(jī)中；所述控制按鈕通過光電隔離電路輸入到單片機(jī)中，以將控制信號(hào)輸入到單片機(jī)中；所述顯示器、鍵盤均通過I/O接口與通訊接口相連接，繼而與單片機(jī)相連接，以將鍵盤發(fā)出的信號(hào)輸入到單片機(jī)中，將單片機(jī)輸出的信號(hào)輸出到顯示器；所述單片機(jī)還與一電源相連接，并由該電源提供電源，該單片機(jī)的輸出端分別經(jīng)光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換器與供水電機(jī)變頻器的輸入端相連接，以將單片機(jī)輸出的用于控制供水電機(jī)工作的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)提供給供水電機(jī)變頻器。從而根據(jù)實(shí)時(shí)管道水壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)供水電機(jī)轉(zhuǎn)速，使供水電機(jī)始終工作在管道水壓較為穩(wěn)定的狀態(tài)。
上述的恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置，它還包括一備用供水電機(jī)，所述備用供水電機(jī)為變頻電機(jī)，所述單片機(jī)的輸出端經(jīng)光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換器還與該備用供水電機(jī)變頻器的輸入端相連接，以當(dāng)供水電機(jī)變頻器輸出為滿負(fù)荷而供水壓力沒有到達(dá)預(yù)設(shè)壓力時(shí)，單片機(jī)輸出備用供水電機(jī)開啟信號(hào)，啟用供水水泵，滿足供水壓力要求。
下面結(jié)合原理框圖詳細(xì)分析本實(shí)用新型的工作過程A/D轉(zhuǎn)換器12的模擬量輸入端與壓力傳感器13的輸出端相連接，以獲得反映管道水壓的模擬量信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器12的輸出端經(jīng)光電隔離電路7輸入到單片機(jī)中，以將反映管道水壓大小的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸入到單片機(jī)中，該A/D轉(zhuǎn)換器12還與電源2相連接，由該電源提供電源。
控制按鈕8通過光電隔離電路5輸入到單片機(jī)中，以將由控制信號(hào)發(fā)出的指令輸入到單片機(jī)中；顯示器18、鍵盤14均通過I/O接口與通訊接口RS232轉(zhuǎn)換4相連接，繼而與單片機(jī)相連接，以將鍵盤14發(fā)出的信號(hào)輸入到單片機(jī)3中，將單片機(jī)輸出的水壓等信號(hào)輸出到顯示器18；所述單片機(jī)3還與電源1相連接，并由該電源電路提供電源，該單片機(jī)3的一路輸出端經(jīng)光電隔離電路6、繼電器輸出9與供水電機(jī)變頻器15的輸入端相連接，以決定供水電機(jī)16是否工作；繼電器輸出9還與信號(hào)燈10相連接，以指示供水電機(jī)16是否處于工作狀態(tài)。單片機(jī)3的另一路輸出端經(jīng)光電隔離電路7、D/A轉(zhuǎn)換器11與供水電機(jī)變頻器15輸入端相連接，以將單片機(jī)輸出的用于控制供水電機(jī)工作的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)提供給供水電機(jī)變頻器；D/A轉(zhuǎn)換器11還與備用供水電機(jī)變頻器17的輸入端相連接，當(dāng)供水電機(jī)16輸出為滿負(fù)荷而供水壓力沒有到達(dá)預(yù)設(shè)壓力時(shí)，開啟備用供水電機(jī)19，啟用供水水泵，滿足供水壓力要求。D/A轉(zhuǎn)換器11還與電源2相連接并由其提供電源。
上述壓力傳感器13可以為壓敏電阻式傳感器，當(dāng)管道水壓經(jīng)過緩沖裝置進(jìn)入傳感器后，壓敏電阻受水壓引起阻值變化，表現(xiàn)為電壓的變化。壓力0-10Kg轉(zhuǎn)換成電壓為0-10V，與實(shí)際壓力值對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)輸出到恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置的信號(hào)接受模塊，接受模塊根據(jù)接受的信號(hào)與預(yù)設(shè)壓力值進(jìn)行比較計(jì)算，PI調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，給出實(shí)際給定信號(hào)，通過信號(hào)輸出模塊輸出給變頻器，控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制供水壓力。
當(dāng)夜間用水量不大時(shí)，在恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置內(nèi)設(shè)置時(shí)間段。如在此時(shí)間段內(nèi)的反饋值與預(yù)設(shè)值的比較值僅僅處于維持壓力時(shí)，恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置發(fā)出信號(hào)，要求變頻器休眠，從而節(jié)約大量電能。當(dāng)用水量較小時(shí)，通過信號(hào)比較，PI調(diào)節(jié)，讓水泵電機(jī)處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，維持管道壓力。
由于泵類負(fù)載的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩是以平方級(jí)下降的，所以消耗的能量會(huì)大大減少。在我們實(shí)際使用中，維持壓力時(shí)的輸出轉(zhuǎn)速為750r/min左右，工作電壓在200v左右。夜間運(yùn)行時(shí)電機(jī)會(huì)自動(dòng)休眠?？梢詫?shí)現(xiàn)無人值班，減少人力成本，不會(huì)因?yàn)槿藶樵蚨鴮?dǎo)致事故。
本實(shí)用新型通過利用恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置，配合當(dāng)今通用的變頻器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的壓力恒定。根據(jù)供水壓力值實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的加、減速，夜間休眠等功能。能耗低，供水壓力恒定，性能可靠。本裝置應(yīng)用于現(xiàn)有水廠的改造，前景可觀。


附圖1為本實(shí)用新型的工作原理示意圖；附圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路圖；圖中C-電容 D-二極管 L-電感 LED-發(fā)光二極管P-光耦 R-電阻 RW-可調(diào)電阻 TR-三極管 U-集成電路 X-晶振電源1為CPU供電；電源2為模擬量供電；控制按鈕8中IN1~IN12為12路輸入經(jīng)光電隔離5輸入到單片機(jī)3；繼電器輸出9中OUT1~OUT12為12路輸出，是單片機(jī)3經(jīng)光電隔離6控制繼電器9輸出；信號(hào)燈10為繼電器輸出指示燈；DA轉(zhuǎn)換11為2路模擬量輸出；AD轉(zhuǎn)換12為1路模擬量輸入經(jīng)過光電隔離7與單片機(jī)3進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；RS232轉(zhuǎn)換4是單片機(jī)3與鍵盤14、顯示器18的通訊接口。
具體實(shí)施方式
參見附圖2，本實(shí)用新型實(shí)施例包括用于檢測(cè)管道水壓的壓力傳感器、電源、單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、光電隔離電路、可編程序控制器PLC、通訊接口、控制按鈕、顯示器、鍵盤等，A/D轉(zhuǎn)換器12的模擬量輸入端與壓力傳感器13的輸出端相連接，以獲得反映管道水壓的模擬量信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器12的輸出端經(jīng)光電隔離電路7輸入到單片機(jī)3中，以將水壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸入到單片機(jī)中，該A/D轉(zhuǎn)換器12還與電源2相連接，由該電源提供電源。
控制按鈕8通過光電隔離電路5輸入到單片機(jī)中，以將由控制信號(hào)發(fā)出的指令輸入到單片機(jī)中；顯示器18、鍵盤14均通過I/O接口與通訊接口RS232轉(zhuǎn)換4相連接，繼而與單片機(jī)3相連接，以將鍵盤14發(fā)出的信號(hào)輸入到單片機(jī)3中，將單片機(jī)輸出的水壓等信號(hào)輸出到顯示器18；所述單片機(jī)3還與電源1相連接，并由該電源電路提供電源，該單片機(jī)3的一路輸出端經(jīng)光電隔離電路6、繼電器輸出9與供水電機(jī)變頻器15的輸入端相連接，以決定供水電機(jī)16是否工作；繼電器輸出9還與信號(hào)燈10相連接，以指示供水電機(jī)16是否處于工作狀態(tài)。單片機(jī)3的另一路輸出端經(jīng)光電隔離電路7、D/A轉(zhuǎn)換器11與供水電機(jī)變頻器15輸入端相連接，以將單片機(jī)輸出的用于控制供水電機(jī)工作的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)提供給供水電機(jī)變頻器；D/A轉(zhuǎn)換器11還與備用供水電機(jī)變頻器17的輸入端相連接，當(dāng)供水電機(jī)16輸出為滿負(fù)荷而供水壓力沒有到達(dá)預(yù)設(shè)壓力時(shí)，開啟備用供水電機(jī)19，啟用供水水泵，滿足供水壓力要求。D/A轉(zhuǎn)換器11還與電源2相連接并由其提供電源。
上述結(jié)構(gòu)中，壓力傳感器3采用圖爾克壓力傳感器CE-9828檢測(cè)管道壓力，當(dāng)管道水壓經(jīng)過緩沖裝置進(jìn)入傳感器后，壓敏電阻受水壓引起阻值變化，表現(xiàn)為電壓的變化。壓力0-10Kg轉(zhuǎn)換成電壓為0-10V，與實(shí)際壓力值對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)輸出經(jīng)AD轉(zhuǎn)換12模數(shù)變換后經(jīng)光電隔離7送到CPU，其他輸入信號(hào)(如啟動(dòng)、停止按鈕、變頻器的故障報(bào)警等信號(hào))經(jīng)光電隔離后，送到CPU，由CPU處理完成相應(yīng)的動(dòng)作過程，并利用數(shù)字PID完成對(duì)壓力的調(diào)節(jié)，設(shè)定壓力由設(shè)定顯示單元以通訊方式送到CPU，變頻器的運(yùn)行頻率值由485口送到變頻器，并輸出其他控制信號(hào)，該信號(hào)為觸點(diǎn)輸出。
單片機(jī)3采用DS80C320，它是美國(guó)DALLAS公司最新生產(chǎn)的與MCS-51系列完全兼容的單片機(jī)微處理器產(chǎn)品，由于采用了重新設(shè)計(jì)的微處理器內(nèi)核，去除了多余的時(shí)鐘和存儲(chǔ)周期，因此每一條指令的執(zhí)行時(shí)間都比原8051CPU快1.5至3倍，在相同晶振和代碼條件下，其運(yùn)行速度平均提高2.5倍。
DS80C320具有與8051完全相同的封裝，同時(shí)提供的8051具有的所有的功能，如I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口等。除運(yùn)行速度加快，它還另外提供1個(gè)全雙工串行接口，7個(gè)新的中斷，可編程看門狗定時(shí)器、掉電中斷和復(fù)位等；在此基礎(chǔ)上，DS80C320還增加了2個(gè)用于改善RAM數(shù)據(jù)存取的功能，即雙數(shù)據(jù)指針和可編程片外RAM存取周期擴(kuò)展功能。
單片機(jī)3采用1片靜態(tài)U9(RAM 62256)和一片U10(EPROM 27512)口，P2口輸出高8位地址A8～A15，P0口輸出低8位地址A0～A7和傳送數(shù)據(jù)D0～D7，地址總線A0～A7的低8位由P0口送入地址鎖存器U8(74HC373)，利用DS80C320的地址鎖存信號(hào)ALE的下降沿將P0口輸出的地址鎖存?？刂瓶偩€有外部程序存儲(chǔ)器的讀選信號(hào)PSEN，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫信號(hào)RD(P3.7)和WR(P3.6)。
U11(X25045)作為看門狗定時(shí)器對(duì)微控制器提供獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。它提供了三種定時(shí)時(shí)間，可用編程選擇200ms，600ms和1.2s，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)如果沒有對(duì)X25045進(jìn)行訪問，則看門狗以RESET信號(hào)做輸出響應(yīng)，即變?yōu)楦唠娖?，延時(shí)200ms以后RESET由高電平變?yōu)榈碗娖?。X25045還可以作為電壓監(jiān)控，上電時(shí)，電源電壓超過4.5V后，經(jīng)過200ms的穩(wěn)定時(shí)間后RESET信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?。掉電時(shí)，電源電壓低于4.5V時(shí)，RESET信號(hào)立刻變?yōu)楦唠娖讲⒁恢北３值诫娫椿謴?fù)到穩(wěn)定為止。
權(quán)利要求1.一種恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置，包括供水電機(jī)，其特征在于所述供水電機(jī)為變頻電機(jī)，它還包括，一管道水壓檢測(cè)裝置，它包含一用于檢測(cè)管道水壓的壓力傳感器，它將所檢測(cè)到的管道壓力信號(hào)以電流或電壓信號(hào)的形式輸出；.一管道水壓信號(hào)給定處理裝置，主要由電源、單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、光電隔離電路、可編程序控制器PLC、通訊接口、控制按鈕、顯示器、鍵盤組成，所述A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端與管道水壓檢測(cè)裝置中用于檢測(cè)管道水壓的壓力傳感器的模擬量輸出端相連接，其輸出端經(jīng)光電隔離電路輸入到單片機(jī)中，以將反映管道水壓大小的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸入到單片機(jī)中，該A/D轉(zhuǎn)換器還與一電源相連接，并由該電源提供電源；所述控制按鈕經(jīng)光電隔離電路輸入到單片機(jī)中，以將控制信號(hào)輸入到單片機(jī)中；所述顯示器、鍵盤均通過I/O接口與通訊接口相連接，繼而與單片機(jī)相連接，以將鍵盤發(fā)出的信號(hào)輸入到單片機(jī)中，將單片機(jī)輸出的信號(hào)輸出到顯示器；所述單片機(jī)還與一電源相連接，并由該電源提供電源，該單片機(jī)的輸出端分別經(jīng)光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換器與供水電機(jī)變頻器的輸入端相連接，以將單片機(jī)輸出的用于控制供水電機(jī)工作的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)提供給供水電機(jī)變頻器；經(jīng)光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換器與備用供水電機(jī)變頻器的輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置，其特征在于它還包括一備用供水電機(jī)，所述備用供水電機(jī)為變頻電機(jī)，所述單片機(jī)的輸出端經(jīng)光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換器與該備用供水電機(jī)變頻器的輸入端相連接，當(dāng)供水電機(jī)變頻器輸出為滿負(fù)荷而供水壓力沒有到達(dá)預(yù)設(shè)壓力時(shí)，單片機(jī)輸出備用供水電機(jī)開啟信號(hào)，啟用供水水泵。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種恒壓節(jié)能單片機(jī)控制供水裝置，屬于供水系統(tǒng)中的自動(dòng)控制儀器。它針對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用老式節(jié)流閥式的供水系統(tǒng)不能根據(jù)管道中的供水壓力高低適時(shí)調(diào)節(jié)供水電機(jī)的工作，從而不能很好供水的缺點(diǎn)，將現(xiàn)有技術(shù)中的供水電機(jī)以變頻電機(jī)取代，同時(shí)增加一管道水壓檢測(cè)裝置、一供水電機(jī)信號(hào)給定裝置，供水電機(jī)信號(hào)給定裝置對(duì)管道水壓檢測(cè)裝置中壓力傳感器檢測(cè)到的管道內(nèi)水壓的壓力信號(hào)做適時(shí)處理，輸出一個(gè)頻率信號(hào)給控制供水電機(jī)變頻器，控制供水電機(jī)的轉(zhuǎn)速，繼而調(diào)節(jié)供水管道中的壓力，從而實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的壓力恒定。同時(shí)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的加、減速，夜間休眠等功能。本實(shí)用新型能耗低，供水壓力恒定，性能可靠。
文檔編號(hào)G05D16/20GK2731509SQ20042002578
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者李江 申請(qǐng)人:江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司