1         系统工作原理

    变频调速微机供水系统由单片微机控制器、交流变频调速器(简称变频器)、直流稳压电源、压力传感器和电机水泵等几部分组成，其框图如图1所示。工作时，安装在水泵出水管上的压力传感器，将管网水压变成（0～5）V的模拟信号送给单片微机控制器(简称控制器)，经A/D转换得到数字信号。该信号与设定压力信号进行运算比较，若管网水压小于或大于设定压力，则控制器输出给变频器的控制信号幅度增加或减小，使其输出的三相电压频率上升或下降，水泵转速则提高或降低；当管网水压与设定压力相等时，控制器输出给变频器的控制信号幅度维持不变，其输出的三相电压频率不变，水泵转速不变，从而保证管网水压恒定。

变频器输入端接380V50Hz交流电源，输出端接电机水泵。它的输出根据控制器送给它的控制电压的大小，电压在0～380V，频率在0～50Hz范围内变化。水泵上的电机均为交流异步电动机，其转速与供电电源的频率有关。当用水量大时，变频器输出电压频率升高，水泵电机转速增加；用水量少时转速降低。转速降低时变频器的输出电压也减小，故能耗减少。所以该系统有非常好的节电效果。另外，变频器可实现电机水泵的软起动，上电后，其工作电流缓慢上升，不产生大电流冲击，也因此省去了补偿起动设备。

2         系统硬件设计

    系统硬件电路如图2所示,CPU8031、EPROM2764、地址锁存器74LS373等构成单片机基本电路。μA741、LM555等构成V－F变换型A/D转换电路。该电路用模拟开关CD4066控制3个模拟信号的输入与计量（工作原理参看本刊2000年7期“不受电路参数影响的V－F变换型A／D转换电路”）。当S1、S2、S3在CPU的控制下分别接通时，送给A/D转换电路的输入信号分别为+5V(2)、设定压力和管网压力。转换后得到的脉冲信号经光电耦合器TLP521―1送8031的P3.5由计数器T1对其进行计数，计数的结果经运算处理后一方面送P1口译码并显示，同时经D/A转换与电流放大送给变频器控制电机水泵的转速。

    模拟开关的控制信号由8031的P3.1和P3.0输出，经驱动电路74LS07和光电耦合器TLP521―4加至四与非门CD4011组成的译码电路的输入端，译码电路的输出控制S1～S3的导通与截止。

 

         DAC0832和LF356实现8位D/A转换与电流放大，其输出的0～5V的模拟电压信号送给变频器的控制信号输入端，其输入的数字量由8031的P0口经74LS273、74LS07和TLP521―4提供。

    时钟电路中的晶体工作频率选12MHz，这将使系统有较高的工作速度，多数单字节指令只需1微秒。

    电路中除了使用光电耦合器外，还采取了以光电耦合器为界的双“地”结构，以提高系统的抗干扰能力。电源+5V(1)为8031单片机基本电路、74LS273、74LS07等供电；+5V(2)为D/A转换电路提供基准电压V_REF。

3  系统软件设计

    变频调速微机供水系统的软件设计原理如图3、图4。图3为主程序流程图。在主程序中，先对A/D转换电路进行初始化设置，设定电机转速的初值，置T0为定时器工作方式，T1为计数器工作方式，允许T0中断；闭合S1以对A/D转换电路的基准电压+5V(2)进行A/D转换；开中断，令T0开始计时T1开始计数；最后执行数据处理与显示程序。其中数据处理程序将经A/D转换得到的二进制信息转换为8421BCD码。

    在中断服务程序中，对3个信号(+5V（2）、设定压力、管网压力)中的每一个分别进行4次测量，然后进行数据平滑并把结果存入数据缓冲区。测量完毕转入管网压力与设定压力比较程序，若前者小于后者则增加CPU经P0口送至D/A转换电路的数字量，反之则减小该数字量，从而控制电机转速提高或降低；当管网压力等于设定压力时则保持送给D/A转换电路的数字量不变，使电机转速恒定。最后将有关存储单元和寄存器重新初始化，返回主程序。流程图如图4所示。

4  结束语

    系统经调试后通过了检测，在恒压范围内压力波动系数小于3%，系统响应的稳定时间在20秒左右。

    设计采用最小系统，不做任何扩展，充分利用已有的口子，不仅减少了元器件，降低了成本，而且提高了可靠性。CPU选MCS―51系列产品8031能满足设计指标的要求，有性价比高的优越性。当然，CPU也可选用ATMEL公司的89C51芯片，设计过程完全相同。由于89C51内置4K EPROM，故有利于硬件结构的简化。

Microcomputer Controlled Water Supply System Changing Frequency and speed

Xu  Jianxue   (Inner Mongolia University for Nationalities,Tongliao  028043)

Xu  Jianhui (Branch company of Tongliao of mobile communication Company of Inner Mongolia Autonomous Region,Tongliao 028000)

Xu  Xinying  (Inner Mongolia University for Nationalities,Tongliao  028043)

Key words：Microcontroller  Changing Frequency and speed   water supply automatically under constant pressure according to prescribed pressure

Abstract：Microcomputer controlled technique and frequency conversion-speed regulating technique are used in this equipment, the equipment may carry out water supply automatically under constant pressure according to prescribed pressure

 

参 考 文 献

[1]  徐信颖，陈巴特尔，徐