智能給水控制器設計

該系統可以同時(shí)控制2臺水泵，根據不同的場(chǎng)合可以采用不同的運行模式，如單泵運行、一用一補、一工一變、定時(shí)換泵等。

2 系統總體方案
系統的硬件和軟件采用模塊化、標準化設計，并充分考慮系統的擴展能力?？刂破饔芍骺匕?、顯示按鍵面板和電源板三部分組成。圖2是控制器的結構框圖，其工作原理是：首先用戶(hù)通過(guò)顯示按鍵面板設定預設壓力和控制器運行的各個(gè)功能參數，保存至E2PROM存儲器用作掉電存儲，位于用戶(hù)管網(wǎng)端的遠傳壓力表輸出的電壓或是電流信號經(jīng)過(guò)采樣電路轉化為數字量，送入單片機與預設壓力進(jìn)行比較，計算并輸出模擬控制量和繼電器輸出狀態(tài)量。其中，模擬控制量輸出經(jīng)過(guò)變頻器控制模塊電路送給變頻器，用以控制變頻器的輸出頻率；繼電器輸出狀態(tài)量經(jīng)過(guò)繼電器輸出電路送給繼電器組，用以控制各個(gè)泵工作于工頻或是變頻狀態(tài)。最后單片機把實(shí)際壓力值、預設壓力值、輸出頻率和各個(gè)泵的工作狀態(tài)送到顯示面板，以便用戶(hù)進(jìn)行觀(guān)測和操作。

3 系統單元電路
3．1 主控制器的選擇
主控制器選用單片機C8051F410，它是一款完全集成的混合信號片上系統型芯片，其內部還集成了12位高速ADC模塊和電流輸出型DAC模塊，同時(shí)硬件實(shí)現的SMBus和UART串行接口，能方便處理器與E2PROM通信和數據串行輸出。C2805lF410還支持JTAG實(shí)時(shí)仿真和跟蹤，能夠進(jìn)行非侵入式(不占用片內資源)的全速在系統調試。
3．2 系統電源電路
該設計采用基于三端穩壓芯片TOP221Y的高精度開(kāi)關(guān)穩壓電源電路，主電路拓撲結構選用單端反激式直流變換電路，其輸出采用兩組直流低壓電源：主回路為系統的數字電路部分提供5 V直流電源，副回路為系統的模擬部分提供15 V直流電源。
3．3 壓力表信號采集與光電隔離電路
位于用戶(hù)管網(wǎng)的壓力傳感器監測到的壓力信號經(jīng)過(guò)光電隔離電路進(jìn)行濾波和隔離處理后，進(jìn)入C8051F-410內部的ADC模塊，實(shí)現按比例轉換，轉換為12 b數字量，以供單片機對其信號進(jìn)行處理和計算。為了保證輸入量與轉換量程相稱(chēng)，充分發(fā)揮A／D轉換器的分辨率，在對壓力信號進(jìn)行A／D轉換之前經(jīng)過(guò)光電隔離電路時(shí)，就已將外部傳入的O～5 V模擬電壓轉換為O～2 V模擬電壓信號。電路原理如圖3所示。

由圖3可見(jiàn)，外部電壓信號從IN端口接入，經(jīng)過(guò)隔離和濾波電路，轉換為O～2 V電壓，從ADC端口送入單片機。同時(shí)在模擬信號采集到單片機系統的過(guò)程中，各種干擾信號都會(huì )隨著(zhù)被測量信號進(jìn)入MCU控制系統，這些信號迭加在有用的被測信號上會(huì )降低測量的準確度，造成控制系統的不穩定。以上電路設計便利用線(xiàn)性光耦進(jìn)行光電之間的相互轉換，利用光作為媒介進(jìn)行信號傳輸，在電氣上使測量系統與現場(chǎng)信號完全隔離，從而實(shí)現了電平線(xiàn)性轉換且不把現場(chǎng)的電噪聲干擾引入到控制系統中。
3．4 控制變頻器輸出電路
單片機通過(guò)內部的電流輸出型數／模轉換模塊(IDAC)，將計算得出的數字量轉化為模擬電壓輸出，其輸出電壓經(jīng)過(guò)濾波和比例轉換處理后用來(lái)控制變頻器的頻率。同時(shí)為了保證單片機IDAC輸出電壓穩定可靠，不受干擾，外部電路同樣采用了光電隔離電路，其電路原理圖如圖4所示。