单片机在高楼恒压供水系统中的应用

　摘要：一个完善的恒压供水系统必须拥有可自主调节供水能力的设计，而单片机时钟控制电路可以很好地完成这一任务。通过时钟控制电路的驱动，微控制器可以根据时间的设定进行工作。极大的满足了不同客户的需求。采用单片机在高层建筑恒压供水系统中的应用，可以极大地减少资金的投入性，并且还可以保障高层建筑供水系统的稳定供水，具有操作简单、空间占用小等优势。

　　关键词：单片机；高楼；恒压；供水系统；

1.绪论

　　1.1研究目的

随着科技不断的发展，中国城市建设的步伐正在大踏步的前进，而城市中原有的多层建筑物已经不能符合现在人们对追求高品质物质生活的需要，而城市中原有的多层建筑物已经不能符合现在人们对追求高品质物质生活的需要，而高层建筑就成为群众首要的选择。随着高层建筑一栋栋的拔地而起，相对的也带来了一些实际的问题，其中尤为突出的就是高层供水系统。众所周知如果一栋楼的供水得不到有效的保障，那么楼盘整体的价位都会受到直接的影响，对于居民来说，谁会希望住进一栋供水得不到有效保障的住宅呢？针对这一突出问题，不少高层建筑开发团队采用各种不同的方式方法保障供水的可靠性。

采用单片机在高层建筑恒压供水系统中的应用可以极大地减少资金的投入性，并且还可以保障高层建筑供水系统的稳定供水，具有操作简单、空间占用小等优势。建筑给排水是与人民生活、生产活动、卫生安全有密切关系的学科。在日常生活中，如果供水系统的水压不稳定，会导致不良后果。例如对居民用水而言，水压过高，会导致管路泄露和水源流失严重;水压过低，用户用水会导致供水不足。对于消防用水而言，水压不稳定，会影响灭火质量。因此，保持供水压力的稳定是很有必要的。随着微机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、节能高效的控制系统将是高楼恒压供水系统研究的方向。本文介绍釆用MCS-51单片机控制的恒压供水系统的系统结构及供水原理，给出了硬件电路的构成和软件设计。通过传感器检测水压信号，输入给单片机，与给定压力值比较，输出给变频器，由变频器改变水泵电机的转速，达到恒压供水的目的。

　　1.2研究意义

过去高层供水通常是采用固定在建筑物上的给水塔或楼顶高位水箱，以自来水局部加压的形式供水，但由于其造价高且影响建筑物结构强度及抗震性，已逐渐被发展起来气压供水所取代1。这种气压供水虽然可以取代任何高度的水塔或楼顶高位水箱，水质亦不易污染，占地面积亦小，然而它亦存在着极明显的弱点，主要表现在:

首先，气压供水设备笨重，且主要部件气压罐是采用压容器，其生产工艺复杂，钢材耗用量大，投资成本高;其次，由于气压罐的调节容积较小，水泵启动频繁，这既影响了其电控装置中的电磁元件和水泵电机的寿命，同时大的供水泵电机功率又耗电和干扰电网。

恒压供水系统是指用户端不管用水量大小，总保持管网中水压基本恒定。这样，既可满足各部位的用户对用水量的需求，又不会产生电动机空转，造成电能的浪费。随着微机技术及变频技术的发展，设备简单、投资少、可靠性高、抗干扰能力强节能高效的控制系统将是高楼恒压供水系统研究的方向。本文主要研究采用MCS-51单片机控制的恒压供水系统的系统结构及供水原理[23，给出了硬件电路的构成和软件设计。通过传感器检测水压信号，输入给单片机，与给定压力值比较，输出给变频器，由变频器改变水泵电机的转速，达到恒压供水的目的[45。随着计算机技术的发展，无论是生产还是生活当中，人民对数字化信息的依其次，气压供水压力变动较大，直接影响水网管、阀、水表等使用寿命。建筑给排水是与人民生活、生产活动、卫生安全有密切关系的学科。在日常生活中，如果供水系统的水压不稳定，会导致不良后果。例如对居民用水而言，水压过高，会导致管路泄露和水源流失严重;水压过低，用户用水会导致供水不足。对于消防用水而言，水压不稳定，会影响灭火质量。因此，保持供水压力的稳定是很有必要的。

　　2.单片机在恒压供水系统中的作用

单片机也可以称之为微控制器，通俗的讲就是一个机器的大脑，它可以控制所有的电器设备进行自主的运行和工作，速度快、稳定性好，操作简单，是微控制器最大的特点，通过整合所有电子单元，组成一个整体的控制系统。无论是电路的布线还是在设备与控制器的转换上，微控制器都具有独特的优势，是当今所有电子、电气控制系统当中的核心部分。

现阶段单片机已经成为各大高科技公司主要开发的产品之一，而在恒压供水系统中采用单片机作为主要核心控制系统，可以极大地提高供水系统的稳定性，再配以加强型的接口，完全保障了供水系统的电气设备。并且可以实现三台以上液体增压机械设备同时工作，也可以根据实际液体增压机械设备的多少、分配使用比例时间的定制等操作。在液体增压机械设备供水管线上配置压力传感器，可以随时分析出由于水流产生的压力对于供水管线的损害大小，根据压力的不同形成五伏左右的电位差频率反馈给微控制器，根据信号频率的不同微控制器在对液体增压机械设备的运转速度进行调整，当指令发送给变频器后，变频器会对迅速启动，并根据压力值的大小进行调整，有效地控制压力值的正负差保持在零左右。所以，无论供水管线内的水流压力多少都可以进行恒定控制。

　　3.单片机时钟控制电路

一个完善的恒压供水系统必须拥有可自主调节供水能力的设计，而单片机时钟控制电路可以很好地完成这一任务。通过时钟控制电路的驱动，微控制器可以根据时间的设定进行工作。极大的满足了不同客户的需求。

时钟控制电路安装在微控制器的内部，当外部的晶体振荡器发出时钟信号后，微控制器开始工作，所以，微控制器基本上就是一个同步时间控制器，当把所有程序设定好时间后，微控制器只需要按照时间顺序的指令，就可以进行工作。而且现在的单片机技术已经有了很大的突破，不仅可以进行双轨时间控制，也可以根据不同工作环境进行设定时间。

单片机采用内部时钟控制电路的时候，可以通过XTAL1、2接触点上跨接外部时间反馈电路，当外部信号产生时，根据不同的时钟脉冲，形成指令编码。构成反馈电路的主要电子元件包括：可调电容、晶体振荡器。

而在微控制器外部跨接时钟控制电路的时候，为了能够控制电平的恒定值，则要在XTAL2接触点上链接一个上位调节电阻，而且阻值必须控制在5欧到10千欧。

为了保障恒定供水系统的控制电路能够可持续工作，微控制器外部的复位电路起到了至关重要的作用。只有通过复位电路才能够促使程序运行。而且一旦微控制器整体出现运行数据错乱，或者符合严重超出参数值形成的不工作状态，复位电路将会工作，重新启动。

根据设计一台恒压供水系统对三台液体增压机械设备控制，为了加大液体增压机械设备的使用周期，所有的开关闭合都要通过微控制器系统控制启动，根据不同的情况进行逻辑编辑。当恒压供水系统开始运转的时候，变频器触发一号液体增压机械设备开始运转，当变频器频率加大的时候，供水管线内的压力也随之加大，当压力负荷到达临界点的时候，恒压供水系统则处于正常运行。如果一号液体增压机械设备频率已经处于负荷阶段，但是压力值则没有达到临界点，那么变频器将会启动二号液体增压机械设备，相同道理则三号液体增压机械设备开始工作，依次循环。

　4.恒压供水控制系统测试分析

如果进行恒压供水系统进行控制系统测试的时候，先对两台无负载电机设备进行测试，可以采取可变电位器进行假定水压的反馈测试，分析出系统的运行是否正确。如果正确，在连接液体增压机械设备和外部检测设备，采取不同的压力输送，再通过检测设备进行监控，如果压力值处于恒压状态则运转正常，如果压力值超出或者达不到则需要从新调整。单片机调试包括内部逻辑处理器，时钟控制电路以及复位电路、中央微处理器等。根据程序的不同要进行编写以及运行的多方位测试。

采用单片机作为恒压供水系统的核心控制，是未来供水系统的保障性技术，通过不同的编辑和运行设定，可以稳定的提高高层建筑的供水能力。

　　5.变频绐水设备的原理

如果要稳定水压Ps,需要一个由单片机、变频器、压力传感器等器件构成的压力闭环控制系统。该自动控制系统通过安装在水泵出口管上的远传压力变送器，把出口压力P变成4-20mA的模拟信号,经过前置放大、多路切换、A/D变换成数字信号传送到单片机，经单片机与给定参量进行比较,得出误差信号E,对E进行PID运算后输出控制信号，经由D/A变换成模拟量作用到变频器，控制其输出频率，以调节电机水泵机组的转速，按实际用水量供水并使供水压力恒定。单片机控制变频调速供水系统控制原理如图2示

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　　图2控制原理图

　　变频器是由电力电子器件和微处理器(CPU)组成。它能根据频率设定的输入信号输出相应频率的交流电，在供水系统中，其作用是在单片机控制下，通过D/A转换器输出的模拟电压控制变频器，输出相应频率的交流电给水泵机组，用以改变电机水泵机组的转速，即变频调速，从而达到调节供水压力的目的。

为保证充足的水量供应,本系统采用三台水泵构成的供水控制系统，具备同时控制三台水泵的功能，如图3所示。根据不同场合、不同需要可以釆取三台水泵同时运行、二台水泵同时运行、一台运行一台备用、一台运行二台备用、定时换泵等多种工作方式，可以设定泵的上电工作顺序。水泵电机全部实现软起动，并且以先起先停为原则。

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在电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如PC机传感器接近开关和接触器等均会动作出错。而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降。启动时需要的功率更低。电机功率与电流和电压的乘积成正比，那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率。在一些工况下其配电系统已经达到了最高极限,其直接工频启动电机所的电涌就会对同网上的其他用户产生严重的影响，从而将受到电网运行商的警告，甚至罚款。如果采用变频器进行电机起停，就不会产生类似的问题。

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　　致谢

转眼间求学生涯即将结束，总觉来日方长，殊不知人生是减法。在此我要向所有曾在困难时刻帮助、陪伴、鼓励我的人表以最衷心的感谢！相逢一见太匆匆，校内繁花几度红。厚谊常存魂梦里，深恩永志我心中。首先要特别感谢我的论文导师，她指导和帮助我从选题到开题报告及多次修改后定稿，本文才得以成型。承蒙教诲，学生心存感激，不敢稍作遗忘。春晖寸草，山高海深。感谢父母二十余年的栽培和淳淳教诲。多年求学路，感谢他们的无私奉献与支持。他们是我前行路上最强大的后盾，亦是我不懈努力的动力。养育之恩，无以回报，唯愿自己不断强大，为父母撑起一把伞。山水一程，同窗之谊。感谢朝夕相处的朋友们，我们从全国各地因为缘分相聚于此，相互包容，相互扶持，并肩作战。感谢同窗的所有同学，祝大家前程似锦!行文至此，百感交集，奈何纸短情长，不能尽述。在最后祝愿吾校人才辈出，祝福吾师身体健康，桃李满疆！祝福吾友前程似锦！祝福自己不负期待，不负韶华！青春山海，大地与所爱。就让我们顶峰相见!