基于STC12C5A60S2的变频恒压供水系统

　　摘 要：在对变频恒压供水系统进行深入研究的基础上，介绍了一种基于 STC12C5A60S2 单片机的变频恒压供水系统。为了使供水更加经济节能，采用单片机和变频器相结合来控制泵组的运行，实现了供水出口水压跟随设定的水压变化并且与设定水压保持相同。该系统效率高、可靠、稳定并且节能，可广泛应用于建筑供水系统中。

　　0 引言

　　随着社会的发展，以及自动控制水平的不断提高，供水的方式越来越多，常见的有水塔高位水箱供水、恒速泵加压供水、气压罐供水和变频恒压调速供水等几种供水方式。其中变频恒压调速供水方式在节能、可靠性和稳定性都已经得到了社会的认可，广泛应用于建筑供水系统中，其中有基于PLC变频恒压调速供水、基于智能控制器恒压调速供水和基于单片机变频恒压调速供水等方式，但是。目前的变频恒压供水方式还没有达到节能的最优化。本文介绍了一种新的变频恒压供水方法，与当前的变频恒压供水方法相比，该方法调试简单、更智能、更节能并且能够延长泵组设备的使用寿命。

　　1 变频调速的原理与节能分析

　　1. 1 变频调速原理

　　根据电机学可知电机的转速计算公式如式（1）所示

　　对于已经选定的电机，其s和p为定值。由式（1）可看出，当频率增大时，电机的转速也增加; 当频率降低时，电机的转速也减小，因此若想改变电机的转速 需要改变交流电的频率。

　　1. 2 变频调速的节能分析

　　对于水泵，其扬程（ H）、流量（ Q）、电机转速（ N）和轴功率（ P）之间存在如下关系

　　式中的 K1、K2、K3、K 为常数。由式（ 2） ～ 式（ 4）可以看出，流量、扬程和轴功率分别与电机转速的一次方、二次方和三次方成正比。因此，调节水泵的速度，不仅可以调节流量，还能够起到节能的效果 。

　　2 系统强电回路的设计

　　2. 1 系统一次回路

　　系统的一次回路如图1所示。由外部引入的三相电 L1、L2 和 L3 首先经过断路器Q，从断路器Q 出来后分成三路三相电，每一路依次接断路器Q1、Q2 和 Q3。第一路接完断路器Q1后连接到变频器的三相电输入端，经过变频器变频后再引出两路，分别与线圈3和线圈4相连，最后与泵组电机相连。接断路器Q2和Q3的两路直接与线圈1和线圈2相连，线圈1和线圈2的引出线再分别与热断电器 1 和 2 相连，最终连接到泵组电机。

　　2. 2 系统二次回路

　　系统的二次回路如图2所示。利用继电器对控制泵组电机的线圈进行控制，继电器 1、2、3、4分别控制线圈 1、2、3 和 4。继电器的控制又由单片机进行控制，从而实现了单片机对泵组电机的智能控制。

　　3 系统自动控制的硬件原理

　　3. 1 系统的自动控制原理及过程

　　系统的自动控制原理图如图 3 所示。系统以宏晶科技生产的 STC12C5A60S2 单片机为控制核心，压力传感器将供水出口处的压力（ 0 ～ 5 V 模拟信号） 送入单片机的 P1. 0 引脚，单片机利用其P1. 0 口自带的 A /D 转换将压力模拟信号转换成数字信号，再与设定压力比较和处理，得到一个对变频器进行控制的数字量，将该数字量通过 D /A转换送给变频器，控制其输出频率的变化，从而控制电机的转速变化。

　　具体实现过程如下： 当压力传感器检测到的供水出口水压值小于设定的水压值时，单片机经过运算和处理，输出一个 数字电流量送给DAC0832，经过 DAC0832 将数字电流量转换成模拟电流量，此模拟电流量控制变频器，变频器改变加在泵组电机的电源频率使泵组电机加速，从而使供水出口压力增大; 反之，当压力传感器检测到的供水出口水压值大于设定的水压值时，控制泵组电机降速，使供水出口压力减小; 经过多次这样的调整，直至供水出口水压值与设定的水压值相等。

　　单片机的控制信号先经过光电耦合器，再送到控制泵组的继电器，实现单片机对泵组的智能控制。光电耦合器的作用是对自动控制电路与控制线圈的强电电路在电气进行隔离，抗干扰性较强，系统中共用到四个光电耦合器，正极分别与单片机的 P3. 2、P3. 3、P3. 4 和 P3. 5 相连，负极均与地相连，当单片机的引脚为高电平时，光电耦合器导通，电压 Uc 加到继电器两端，使继电器动作，从而使线圈得电; 使线圈失电只需将单片机的引脚置为低电平，光电耦合器驱动继电器原理图如图 4 所示。键盘用于对压力值的设定和泵组的切换，LCD1602 液晶实时显示设定的压力值。