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[免费]基于单片机的恒压供水系统设计(一)信(3)

2013-06-24 01:10

变频恒压调速供水系统软件设计
4.1 变频恒压调速供水系统软件设计总体说明
 系统软件程序由主程序，定时中断显示和频率输出子程序组成。采用软件模块化设计，引入了先进的模糊逻辑控制技术，并增加了容错技术和抗干扰算法。系统采用了定时复位软件设计方案（1秒钟复位一次），以消除程序运行时的死机现象。数字滤波采用平均值滤波方法，以消除干扰对输入信号的影响。
4.2 8051系列单片的编程语言
51单片机在有四种语言支持，即汇编、PL/MC、C和BASIC。
 C语言是一种源于编写UNIX操作系统的语言，是一种结构化语言，可产生紧凑代码。C语言结构是以括号{}而不是以字和特殊符号表示的语言。C语言可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言。与汇编语言相比，C语言有很多优点。
 （1）对单片机指令系统不要求了解，仅要求了解对8051的存储器结构有初步了解；
 （2）寄存器的分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可有编译器管理；
程序规范的结构，可分为不同的函数，这种方式可使程序结构化
 （3）具有将可变选择和特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；
关键字及运算函数可用于近似人的思维过程方式使用；
 （4）编程和程序调试时间显著缩短，从而提高效率；
 （5）提供的库包括许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；
 （6）已编好的程序可以很容易地移植入新程序，因为C语言具有方便的模块化编程技术；
 虽然C语言有诸多优点，但是并不是说汇编语言就要被抛弃，懂得汇编语言指令就可使用在片RAM作为变量的优势，因为片外变量需要几条几条指令才能设置累加器和数据指针进行存取。要求使用浮点和启用函数时，只有具备汇编编程经验，才能避免生成庞大的、效率低的程序，所有现在所有的对速度要求高的内核程序都是用汇编编写完成的。 （科教范文网 lw.nseaC.Com编辑发布）
4.3 编程软件
4.3.1 C051编译器介绍
 现在比较流行的51系列编程软件
 （1）American Automation：编译器通过#asm和endasm预处理选择支持汇编语言。
 （2）IAR: 瑞典的IAR是支持分体切换的编译器。
 （3）Bso/Tasking：是Intel，LSI，Motorola，Philips，Simens和Texas Instruments嵌入式系统的配套软件工具
 （4）Dunfield Shareware：非专业的软件包，不支持floats，longs或结构等
 （5）KEIL：KEIL在代码生成方面处于领先地位，可以产生最少的代码。它支持浮点或长整数、重入和递推。使用单片机模式，KEIL是最好的选择
 （6）Intermetrics：使用起来比较困难，要由可执行的宏语句控制编译、汇编和链接，且选项很多。
 编译器的算法技术支持（float和long）很重要。生成代码的大小比编译速度重要，这里KEIL具有性能领先、紧凑的代码和使用方便等优点，所以本系统采用KEIL编译器。
4.3.2 KEIL编译器
 KEIL开发工具套件可用于编译C源程序、汇编源程序、链接和定位目标文件及库，创建HEX文件以及调试目标程序。
 （1）uVision2 for Windows:是一个集成开发环境。它将项目管理、源代码编辑和程序调试等组合在一个强大功能的环境中。
 （2）CX51国际标准优化C交叉编译器：从C源代码产生可重定位的目标模块。
 （3）AX51宏汇编器：从8051汇编源代码产生可重定位的目标模块。
 （4）BL51链接器/定位器：组合有CX51和AX51产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块。
 （5）LIB51库管理器：从目标模块生成链接器可以使用的库文件。
 （6）OH51目标文件至HEX格式的转换器：从绝对目标模块生成Intel HEX文件。

 （7）RTX-51实时操作系统：简化了复杂的实时应用软件项目的设计。
4.4 单片机资料
 单片微型计算机简称为单片机，有称为微型控制器，是微型计算机的一个重要分支。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件。80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。
引脚功能：
　　MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照----单片机引脚图：
　　l P0.0~P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的39~32号端子）。
　　l P1.0~P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的1~8号端子）。
　　l P2.0~P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的21~28号端子）。
 l P3.0~P3.7 P2口8位双向口线（在引脚的10~17号端子）。

P0口有三个功能：
　　1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）
　　2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0~A7为地址总线接口）
　　3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
　　P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。
　　P2口有两个功能：
　　1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用；
　　2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。
　　P3口有两个功能：
　　除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。
　　有内部EPROM的单片机芯片（例如8751），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的， （科教作文网http://zw.ΝsΕAc.Com编辑整理）
　　即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG）
　　编程电压（25V）：31脚（EA/Vpp）
　　接触过工业设备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池，这个电池是干什么用的呢？这就是单片机的备用电源，当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入，以保护内部RAM中的信息不会丢失。 
　　在介绍这四个I/O口时提到了一个“上拉电阻”那么上拉电阻又是一个什么呢？他起什么作用呢？当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；所以如果P0口如果作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才能有效。
ALE/PROG 地址锁存控制信号：在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。（在后面关于扩展的课程中我们就会看到8051扩展 EEPROM电路， ALE与74LS373锁存器的G相连接，当CPU对外部进行存取时，用以锁住地址的低位地址，即P0口输出。ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时，ALE信号负跳变（即由正变负）将P0口上低8位地址信号送入锁存器。当ALE是低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致。
在没有访问外部存储器期间，ALE以1/6振荡周期频率输出（即6分频），当访问外部存储器以1/12振荡周期输出（12分频）。当系统没有进行扩展时ALE会以1/6振荡周期的固定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。
　　PORG为编程脉冲的输入端：在8051单片机内部有一个4KB或8KB的程序存储器（ROM），ROM的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，那么我们是怎样把编写好的程序存入进这个ROM中的呢？实际上是通过编程脉冲输入才能写进去的，这个脉冲的输入端口就是PROG。 （科教范文网http://fw.NSEAC.com编辑发布）
　　PSEN 外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。
　　1、内部ROM读取时，PSEN不动作；
　　2、外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；
　　3、外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出；
　　4、外接ROM时，与ROM的OE脚相接。
　 （8051扩展2KB EEPROM电路， PSEN与扩展ROM的OE脚相接）
　　EA/VPP 访问和序存储器控制信号
　　1、接高电平时：
　　CPU读取内部程序存储器（ROM）
　　扩展外部ROM：当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部ROM。
　　2、接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。 在前面的学习中我们已知道，8031单片机内部是没有ROM的，那么在应用8031单片机时，这个脚是一直接低电平的。
　　3、8051写内部EPROM时，利用此脚输入21V的烧写电压。
　　RST 复位信号：当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。
　　XTAL1和XTAL2 外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
　　VCC：电源+5V输入
　　VSS：GND接地。
　　AVR和pic都是跟8051结构不同的8位单片机，因为结构不同，所以汇编指令也有所不同，而且区别于使用CISC指令集的8051,他们都是RISC指令集的，只有几十条指令，大部分指令都是单指令周期的指令，所以在同样晶振频率下，较8051速度要快。另PIC的8位单片机前几年是世界上出货量最大的单片机，飞思卡尔的单片机紧随其后。
　　ARM实际上就是32位的单片机，它的内部资源（寄存器和外设功能）较8051和PIC、AVR都要多得多，跟计算机的CPU芯片很接近了。常用于手机、路由器等等。 （转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网）
DSP其实也是一种特殊的单片机，它从8位到32位的都有。它是专门用来计算数字信号的。在某些公式运算上，它比现行家用计算机的最快的CPU还要快。比如说一般32位的DSP能在一个指令周期内运算完一个32位数乘32位数积再加一个32位数。应用于某些对实时处理要求较高的场合。

 

4.5 软件的设计
4.5.1 程序设计图
（1）主程序框图

 

图 4-1 主程序流程图

（2）继电器控制子程序

 

图4-2 继电器控制流程图

 

（3）A/D子程序

图4-3 A/D子程序流程图

（4）PID控制子程序

 

图4-4 PID计算子程序流程图
结论
 本文在分析和比较用于供水行业的控制系统的发展和现状的基础上，结合我国供水的现状，设计了一套一拖多的控制系统，在这个中有如下认识；
 1.在变频调速恒压供水系统中，单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率f，来改变电机的转速n，从而改变水泵性能曲线得以实现的，分析水泵工况点激流调节和变速调节能耗比较土，可以看出利用变频调速实现恒压供水，当转速降低时。流量与转速成正比，功率以转速的三次方下降，与恒速泵供水方式中用闸阀增加阻力节流相比，在一定程度上可以减少能量损耗，能够明显节能。水泵转速的工矿调节必须限制在一定范围以内，也就是不要使变频器频率下降得过低，避免水泵在低效率段运行。
 2.通过对供水控制模式进行分析，发现传统的生产控制模式是一种被动的控制方式，没有对供水管网的水量平衡进行综合考虑。针对传统控制模式的缺陷，提出了综合考虑水压和水量平衡的自适应平衡调节方法，为该供水控制系统的设计提供了依据。

 
 
 
致谢
 在即将之际，毕业设计已近尾声，我想借此机会对关心支持我的所有人表示感谢！
 我在毕业设计期间，得到导师王冰峰的精心指导，王老师治学严谨，学识渊博，为我营造了一种良好的学习氛围。在王老师的指导过程中，不仅我的思想观念焕然一新，也改善了我的思考方式，解决了一个又一个难题。最终才得以完成此次毕业设计。在此祝福王老师合家欢乐，一生平安。同时，也将祝福送给每一位帮助我的师长。感谢老师在这半年的毕业设计中对我的帮助和鼓励!同时感谢同组同学在我的毕业设计过程其中对我莫大的鼓励与帮助。！
 回顾这段时间的学习和生活，还有许多的老师和同学给予我各个方面的帮助和支持，让我坚持到了最后，在此感谢所有关系和支持我的人，今后我会继续努力，不辜负你们对我的期望！
 
 
 
参考文献
[1] 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计，北京航空航天大学出版社，1990.
[2] 李华.MCS-51系列单片机使用接口技术，北京航空航天大学出版社，1992.
[3] 解宏基，任光.一种多功能变频恒压供水单片机供水控制系统，大连海事大学轮机工程研究所，116024.
[4] 周黎辉，冯正进.变频器在多泵并联调速系统中的应用，机电一体化，1999年第4期.
[5] 秦进平，官英双.基于单片机的恒压供水系统，黑龙江工程学院学报（自然科学版），Vol.19，No.1MAR,2005
[6] 马忠梅，籍顺心，张凯.单片机的C语言应用程序设计（第3版权），北京航空航天大学出版社，2003

[7] 苏夯.控制恒压供水系统的设计，大连交通大学，2009-12-18.

内容来自www.nseac.com

[8] 童占.新概念51单片机C语言教程，电子工业出版社，2003.
[9] 王幸之，钟爱琴.AT89系列单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004：489-504. 
[10] 南建辉、熊鸣、王军茹.MCS-51单片机原理及应用实例,北京:清华大学出版社,2003.
[11] 方彦军,孙健. 智能仪器技术及其应用[M],西安:化学工业出版社,2006:98-105.