供水泵智能控制器设计

1目录1.研究背景.....................................................................................................................22.国内外研究现状.........................................................................................................33.供水泵运行基本原理.................................................................................................43.1泵站供水系统的组成.......................................................................................43.2供水泵自动化运行的实现方法.......................................................................44.供水泵智能控制器总体设计方案.............................................................................54.1供水泵控制器设计应遵循的原则...................................................................54.2供水泵控制器的功能需求...............................................................................54.2.1参数显示功能.........................................................................................54.2.2智能控制功能.........................................................................................64.2.3电机保护功能.........................................................................................64.3系统方案设计...................................................................................................64.4单片机的选型...................................................................................................65.供水泵智能控制器硬件电路设计.............................................................................85.1核心处理模块硬件电路设计...........................................................................85.1.1电源输入.................................................................................................85.1.2复位电路.................................................................................................85.1.3时钟电路.................................................................................................95.1.4存储电路.................................................................................................95.1.5UART接口电路....................................................................................105.2CPU板硬件电路设计....................................................................................135.2.1CPU板总体框架设计..........................................................................135.2.2电源模块...............................................................................................135.2.3电量采集模块.......................................................................................145.2.4时钟芯片电路.......................................................................................155.2.5LCD接口电路.......................................................................................165.2.6键盘管理电路.......................................................................................175.3系统可靠性设计.............................................................................................185.3.1PCB防干扰..........................................................................................185.3.2接地防干扰...........................................................................................185.3.3稳压电源及去藕电容...........................................................................195.4本章小结........................................................................................................19附录..............................................................................................................................2021.研究背景水泵作为水利输送设备，在工业、农业、商业和民用建筑中有着极其广泛的应用，其消耗的电能也占到总能耗的10%-20%。目前全球水泵的总电能消耗约为5500亿千瓦时，据权威部门预测，到2020年将会上升到8550亿千瓦时。随着自动控制技术不断发展，各种新型水泵控制器的出现，将会对节能起到巨大的推动作用。当今嵌入式世界已经进入大融合的时代，尤其是以ARM系列32位嵌入式处理器为代表的嵌入式技术，在移动消费类产品上得到了广泛的应用。全世界大约有40家半导体公司购买了ARMCoreIP核。嵌入式系统(EmbeddedSystems)是以应用为中心，以计算技术为基础，软件硬件可剪裁的适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性要求的专用计算机系统。它是一个技术密集，资金密集，高度分散，不断创新的基于硅片的知识集成系统。今天的嵌入式系统已普遍应用于国防电子、数字家庭、工业自动化、汽车电子、医学科技、消费电子、无线通讯、电力系统等国民经济的主要行业。随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统将更广泛地应用于人类生活的方方面面。因此，嵌入式技术和水泵控制系统的结合成为了水泵控制的必然趋势，嵌入式技术为水泵控制系统的运行、监视、控制提供了新的手段，同时也对生产和经营管理提出了更高的要求。现代化生产和经营管理不仅要求对大量信息迅速进行科学处理，而且还要求对复杂的管理问题进行最佳决策，传统的手工管理方式已经远不能适应这种需求，必须建立以计算机为核心的智能水泵监测系。从实际应用上讲，水泵监测系统是一个对电力信号信息进行采集、传送、加工、监测和管理的系统。从实现方式上讲，水泵监测系统是一个以数据库技术、计算机网络技术为基础，以B/S结构为支撑的一组有机联系的应用程序。在目前全球气候变暖以及能源匮乏的背景下，可以预见水泵控制系统的需求和应用将会越来越多。因此，本文以水泵数据信号采集、数据通信以及水泵状态监测的研究为主题，设计出一种智能水泵监测系统，对水泵运行状况实现实时动态的在线监控。32.国内外研究现状随着科学技术的迅猛发展，不断涌现的新型水泵控制器承担起水泵监控、自动调节、实现最大能源利用、提高安全性与可靠性等重要任务，单纯的依靠人工手动操作已经远远无法满足现代化的监控要求。自从上个世纪70年代以来，国外便率先开展了供水系统自动监控的研究与应用工作。80年代以后，随着电子与计算机技术等科技的迅猛发展，供水系统的自动监控技术产生质的飞跃。同时，由于国外发达国家拥有雄厚的经济与技术实力，使其供水系统的自动监控技术被广泛应用，泵站运行与管理方面的自动化程度不断提高、监控系统得到不断完善。不但提高了泵站运行的安全性、可靠性与经济性，而且节约了人力资源，为工程的后期维护打下良好的基础。特别是在欧美、日本等发达国家，基本上实现了泵站的全自动监控。其中荷兰泵站采用的自动化仪表多为智能型，这种仪表很先进，如功率表、水位表、水位计等能长期进行自动记录。能够对泵站运行的各种指标进行长期跟踪、监测、记录与报警，随时解决发现的问题。同时，记录下来的数据也为水泵和水泵控制器的开发与性能完善提供了良好的数据支撑。由于自动化程度的提高，极大的减少了事故的发生，也减少了泵站的管理工作人员，泵站一般雇用懂专业、有经验的管理人员。运行、管理人员普遍具有较高的专业技能，在泵站运行中，可以及时发现问题，并能正确地处理突发事件。这种高度的自动化运行取得了良好的经济效益。目前，我国已建成各类型固定泵站50多万座，并且进一步加大集中式供水泵站的建设力度，具有数量大、范围广、类型多、发展速度快的特点。但大多数泵站建于上个世纪，它们虽然发挥了巨大的社会经济效益，但在技术水平、工程质量、工程管理以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。大多数泵站仍采用现场手动操作、人工抄表、电话报数等方式运行，采集信息数量少、处理