基于单片机的水泵智能控制新版系统.doc

摘要
本文拟设计一种节能压力水罐式恒压供水智能控制系统。该系统运用单片机作为控制单元核心部件，应用灵活单片机控制泵组-压力水罐供水系统。该系统充分运用当代化新型、先进元器件，设计泵组－压力水罐恒压供水智能控制系统。设计智能恒压供水控制系统具备可靠性高、每个水泵工作时间均衡化、节能效率高等特点。该系统核心技术涉及单片机控制泵组是按负载均衡原则设计。系统有3台供水水泵，水泵启停是按先起先停、先停先起原则设计。本文结合水泵详细应用，基于传感器，单片机元器件构成智能供水控制系统方案，给出了系统硬件设计及软件实现办法，实现对水泵运营智能控制。该系统比较合用于对供水质量规定不高城乡居民社区自来水二次供水系统，特别适合于高层建筑楼二次供水系统。
核心词：单片机，水泵，传感器，压力水罐，智能监控，负载均衡化
ABSTRACT
This paper designed a pressure tank-type energy-saving intelligent control system for constant pressure water supply. The system uses microcomputer control unit as the core component，flexible，microprocessor controlled pump - pressure tank water supply system. The new system，full use of modern，advanced components，design pump - pressure tank Water Supply Control System. Design of intelligent control system for constant pressure water supply with high reliability and working time equalization for each pump，energy-saving high efficiency. The key technology，including microprocessor controlled pump is based on the principle of load balancing design. 3 sets of water system pumps，pump start and stop at first according to the first stop，first stop from the first principles of design. In this paper，the specific pump application，based on sensors，microcontroller devices composed of intelligent control system for water supply scheme，given the system hardware design and software implementation methods to realize the intelligent control of pump operation. The system is more suitable for less demanding on the water quality of urban and rural residential area of secondary water supply system，especially suitable for building high-rise building secondary water supply system.
Key words：SCM，pumps，sensors，pressure tank，intelligent monitoring，load equalization
目 录
1 绪论--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1
1.1单片机发展趋势及应用----------------------------------------------------------------------1
1.2水泵在生活中应用---------------------------------------------------------------------------3
2水泵节能降耗---------------------------------------------------------------------------------------------5
2.1 水泵动力分析----------------------------------------------------------------------------------------5
2.2 水泵能耗分析-----------------------------------------------------------------------------------------6
3水泵智能控制系统构成及工作原理---------------------------------------------------------8
3.1 系统总体构造设计----------------------------------------------------------------------------------------8
3.2 系统控制设计方案分析------------------------------------------------------------------------9
3.3 系统控制设计优化----------------------------------------------------------------------------11
4重要芯片构造与特点------------------------------------------------------------------------12
4.1 80C51单片机构造特点----------------------------------------------------------------------12 4.2 压力传感器原理与应用----------------------------------------------------------------------14
5水泵智能控制硬件设计---------------------------------------------------------------------17
5.1 80C51单片机复位和振荡电路------------------------------------------------------------17
5.2 80C51单片机驱动水泵电路---------------------------------------------------------------18
5.3 80C51单片机驱动LED电路-----------------------------------------------------------------19
5.4 单片机与A/D转换器接口电路----------------------------------------------------------23
5.5 单片机与AT24C02应用电路-------------------------------------------------------------26
5.6 单片机与键盘接口电路-------------------------------------------------------------------29
参照文献-------------------------------------------------------------------------------------------
道谢---------------------------------------------------------------------------------------------

1 绪论
随着国内都市高层建筑增多，都市居民生活用水时段集中，高层顾客供水成为关注问题，工业园区公司生产用水集中，供水管网水压局限性，出于满足生产需求又节能考虑用较少设备完毕大量不间断供水需求，过去贮水池－继电器控制水泵加压供水系统较单片机实现电自控泵组稍显落后，压力水罐供水方式可以节能有效地提供生产所需用水。该系统虽然沿用好久，但由于技术不复杂，设备简朴，所在国内二次供水中始终长期使用。上世纪九十年代后，许多高层建筑逐渐采用“贮水池+变频调速水泵”供水系统。这种系统低楼层顾客仍由市政管网直接供水，对高楼层顾客，则通过设定水泵供水压力，在变频器控制下，水泵转速随供水量变化而变化，这种系统最大好处是水压恒定，避免高楼层顾客用水水压变化过大。这种供水系统性能较优越，恒压效果好，且比较节能，但系统较复杂，投资较大，适合于对供水规定比较高场合使用。
近年来随着科技飞速发展,单片机应用不断进一步,带动控制技术日新月异。当前对供水控制研究以及已开发系统各有所长。随着微芯片技术及变频技术发展,设备简朴、投资少、可靠性高、抗干扰能力强。水泵运营正常直接影响到居民生活，工厂生产，因此对每台水泵实时监控，智能控制非常有必要，本文结合水泵详细应用，基于传感器，单片机元器件构成智能供水控制系统方案，给出了系统硬件设计及软件实现办法，实现对水泵运营智能控制。
1.1 单片机发展趋势及应用
单片机是指一种集成在一块芯片上完整计算机系统。尽管它大某些功能集成在一块小芯片上，但是它具备一种完整计算机所需要大某些部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，当前大某些还会具备外存。同步集成诸如通讯接口、定期器，实时时钟等外围设备。而当前最强大单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂输入输出系统集成在一块芯片上。
单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是由于它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU专用解决器发展而来。最早设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一种芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂而对体积规定严格控制设备当中。[3]
1.1.1 单片机发展趋势
当前可以说单片机是百花齐放，百家争鸣时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容，也有不兼容，但它们各具特色，互成互补，为单片机应用提供辽阔天地。
纵观单片机发展过程，可以预示单片机发展趋势，大体有：
1.低功耗CMOS化
MCS-51系列8031推出时功耗高达630mW，而当前单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗规定越来越低，当前各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。如80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特性决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗特点，这些特性，更适合于在规定低功耗例如象电池供电应用场合。因此这种工艺将是此后一段时期单片机发展重要途径。
2．微型单片化
当前常规单片机普遍都是将中央解决器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口、中断系统、定期电路、时钟电路集成在一块单一芯片上，增强型单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一芯片上，这样单片机包括单元电路就更多，功能就更强大。甚至单片机厂商还可以依照顾客规定量身定做，制造出具备特色单片机芯片。当前产品普遍规定体积小、重量轻，这就规定单片机除了功能强和功耗低外，还规定其体积要小。当前许多单片机都具备各种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成系统正朝微型化方向发展。
3．主流与多品种共存
当前虽然单片机品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心单片机占主流，兼容其构造和指令系统有PHILIPS公司产品、ATMEL公司产品和中华人民共和国台湾Winbond系列单片机。因此C8051为核心单片机占据了半壁江山。而Microchip公司PIC精简指令集(RISC)也有着强劲发展势头，中华人民共和国台湾HOLTEK公司近年单片机产量与日俱增，以其价低质优优势，占据一定市场份额。此外尚有MOTOROLA公司产品和日本几大公司专用单片机。在一定期期内，这种情形将得以延续，而不存在某个单片机一统天下垄断局面，走是依存互补、相辅相成、共同发展道路。[3]
1.1.2 单片机应用
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备智能化管理及过程控制等领域，大体可分如下几种范畴：
（1）在智能仪器仪表上应用
单片机具备体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用以便等长处，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。
（2）在工业控制中应用
用单片机可以构成形式多样控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。
（3）在家用电器中应用
可以这样说，当前家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其她音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。
（4）在计算机网络和通信领域中应用
当代单片机普遍具备通信接口，可以很以便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间应用提供了极好物质条件，当前通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控互换机、楼宇自动通信呼喊系统、列车无线通信、再到寻常工作中随处可见移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。
（5）单片机在医用设备领域中应用
单片机在医用设备中用途亦相称广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼喊系统等等。
（6）在各种大型电器中模块化应用
某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不规定使用人员理解其内部构造。如音乐集成单片机，看似简朴功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机原理），就需要复杂类似于计算机原理。如：音乐信号以数字形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模仿音乐电信号（类似于声卡）。[5]
在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，减少了损坏、错误率，也以便于更换。
（7）单片机在汽车设备领域中应用
单片机在汽车电子中应用非常广泛，例如汽车中发动机控制器，基于CAN总线汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，制动系统等等。[6]
在单片机控制系统中，为了实现系统自动控制，需要把控制现场各种状态信息输入到单片机，[18]由单片机按控制规定、对系统各种状态进行解决，并输出相应控制命令到执行机构，实现对机电系统自动控制。
本课题就是通过对单片机设计办法和研制过程研究，来实现对智能设备（空压机）运营监控。[7]
1.2 老式水泵在生活中应用
在智能恒压供水技术浮现此前，浮现过许多供水方式。如下就其设备、运营方式、安全性等方面逐个分析。
（1）恒速泵直接供水系统
这种供水方式，水泵从蓄水池中抽水加压直接送往顾客，有甚至连蓄水池也没有，直接从都市公用水网中抽水，严重影响都市公用管网压力稳定。这种供水方式，水泵整日不断运转，有也许在夜间用水低谷时段停止运营。这种系统形式简朴、造价最低，但耗电、耗水严重，水压不稳，供水质量极差。
（2）恒速泵加水塔供水方式
这种方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向顾客供水。水塔合理高度是规定水塔最低水位略高于供水系统所需要压力。水塔注满后水泵停止，水塔水位低于某一位置时再启动水泵。水泵处在断续工作状态中。这种供水方式，水泵工作在额定流量额定扬程条件下，水泵处在高效区。这种方式显然比前一种节电，其节电率与水塔容量、水泵额定流量、用水不均匀系数、水泵开、停时间比、开、停频率等关于。供水压力比较稳定。但这种供水方式基建设备投资最大，占地面积也最大;水压不可调，不能兼顾近期与远期需要;并且系统水压不能随系统所需流量和系统所需要压力下降而下降，故还存在某些能量损失和二次污染问题。并且在使用过程中，如果该系统水塔水位监控装置损坏话，水泵不能进行自动开、停，这样水泵开、停，将完全由人操作，这时将会浮现能量严重挥霍和供水质量严重下降。
（3）恒速泵加高位水箱供水方式
这种方式原理与水塔是相似，只是水箱设在建筑物顶层。高层建筑还可分层设立水箱。占地面积与设备投资均有所减少，但这对建筑物造价与设计均有影响，同步水箱受建筑物限制，容积不能过大，因此供水范畴较小。某些动物甚至人都也许进入水箱污染水质。水箱水位监控装置也容易损坏，这样系统开、停，将完全由人操作，使系统供水质量下降能耗增长。但这种供水方式供水压力稳定，运营安全可靠。
（4）恒速泵-气压罐供水方式
这种方式是运用封闭气压罐代替高位水箱蓄水，通过监测罐内压力来控制泵起停。罐占地面积与水塔水箱供水方式相比较小，并且可以放在地面上，设备成本比水塔要低得多。并且气压罐是密封，因此大大减少了水质因异物进入而被污染也许性。由于该系统取消了设于楼宇顶部高位水箱，对建筑物构造安全有利。但由于气压罐供水依赖于气体可压缩性，同步气压罐也不能无限加大容积，因此水泵启停频繁，管网压力波动较大，普通相差0．1MPa，约10m水柱。为维持管网压力稳定需在出水管上安装调压阀，综合造价与水泵水箱联合供水系统相近，但此种供水方式运营费用稍高。相对与老式高位水箱和供水水塔，压力罐供水具备体积小、造价低、供水压力大、自动化限度高和易于解决冬季保温防冻等长处，近年来应用日益广泛。随着资源日益紧张，节能技术应用已愈来愈受到人们关注。在水泵供水领域能否应用调速技术，在节能降耗同步改进水泵性能，提高供水品质就成为研究方向。[9]
2 智能水泵节能降耗
2.1 水泵能耗分析
随着地球资源日益紧张，节能技术应用已愈来愈受到人们关注。在水泵供水领域能否应用智能控制技术，在节能降耗同步改进水泵性能，提高供水品质就成为研究方向。
2.1.1 智能恒压供水方式
当前，常用智能恒压供水方式有两种，即变频调速供水方式和压力水罐智能恒压供水控制方式。
1．变频调速供水方式
这种系统原理是通过安装在系统中压力传感器将系统压力信号与设定压力值作比较，再通过控制器调节变频器输出，无级调节水泵转速。使系统水压无论流量如何变化始终稳定在一定范畴内。
变频调速恒压供水设备是一种在保持供水压力不变（抱负状态）状况下，按需供水新型自动供水设备。电源频率与水泵转速成正比，水泵转速与供水量成正比，变频调速控制柜通过变化水泵电源频率，控制水泵转速，进而调节水泵供水量，实现对顾客按需供水目。变频调速控制柜通过压力传感器采集顾客管网供水压力，进行PID运算，使顾客管网供水压力始终稳定在设定压力一定范畴内，这就是变频调速恒压供水原理。此系统由于无需设立高位水箱或压力水罐，因此占地更少，可有效地增长建筑使用面积。当前变频器多为进口设备，因此初次投资费用普通稍高，但随着技术进步，市场竞争，价格会逐新下降，运营费用可与水泵水箱联合供水持平。
近年来，变频供水系统已实现水泵电机软启动、无冲击电流，有效地保护电网及水泵。由于变频供水是水泵通过变频器调节泵转速达到流量调节目，其流量设计每秒流量范畴为0至系统最大流量。所需配备贮水箱容积最大小时用水量减去平均小时用水量1.2倍。
变频调速水泵调速控制方式有三种:水泵出口恒压控制、水泵出口变压控制、供水系统最不利点恒压控制。
(1)出口恒压控制
水泵出口恒压控制是将压力传感器安装在水泵出口处，使系统在运营过程中水泵出口水压恒定。这种方式合用于管路阻力损失在水泵扬程中所占比例较小状况，整个供水系统压力可以看作是恒定，但这种控制方式若在供水面积较大居住区中应用时，由于管路能耗较大，在低峰用水时，最不利点流出水头高于设计值，故水泵出口恒压控制方式不能得到最佳节能效果。
(2)出口变压控制
水泵出口变压控制也是将压力传感器安装在水泵出口处，但其压力设定值不只是一种。是将每日24小时按用水曲线提成若干时段，计算出各个时段所需水泵出口压力，进行全日变压，各时段恒压控制。这种控制方式其实是水泵出口恒压控制特殊形式。她比水泵出口恒压控制方式能更节能，但这取决于将全天24小时提成时段数及所需水泵出口压力计算精准限度。所需水泵出口压力计算得越符合实际状况越节能，将全天分得越细越节能，固然控制实现也越复杂。
(3)最不利点恒压控制
最不利点恒压控制是将压力传感器安装在系统最不利点处，使系统在运营过14程中保持最不利点压力恒定。这种方式节能效果是最佳，但由于最不利点普通距离水泵较远，压力信号传播在实际应用中受到诸多限制，因而工程中很少采用。
顾客在选购供水设备时，水泵供水能力都是按用水峰值时段选型，否则无法满足需要。但不同步段顾客用水量变化较大，某居民社区采用设备是没有附加特别节能办法普通变频恒压供水设备，需要水泵在额定状态下工作时间不到1/10，绝大多数时间用水量不到额定流量1/3。要在保持供水压力不变状况下适应这种变化，就必要调节水泵供水量。
办法有两种：1、水泵在额定状态下工作，在供水主管道安装泻流阀门，当用水量不大于额定供水量时，把多余水排放掉。2、采用变频调速恒压供水控制柜变化水泵供水量，自动适应这种变化。控制过程是：用水量增长－频率上升－转速上升－输出功率增长；用水量减小－频率下降－转速下降－功率减小。即“多用水，多耗电”；“少用水，少耗电”。由此可以看出，采用变频供水技术比水泵单纯工作在额定状态下节能，经测算最大可以达到40％节能效果。
变频调速恒压供水设备是直供设备，水泵停机，顾客就停水，即便没有用水，水泵也会低速运转维持水压。在小流量供水和维持水压时段，水泵输出功率接近额定功率1/2，这是一种很大挥霍。针对节能问题，供水设备内含气压供水功能，需要小流量供水和维持管网水压时，自动切换到气压自动供水程序，需要大流量供水时又自动切换到变频调速恒压供水程序。
2．压力水罐智能恒压供水系统
压力水罐式供水工程安装示意图如图2－1所示。供水工程中水泵流量及扬程，均是依照管网所需最大时供水量及供水压力来选取。而实际运营中取用水量，大某些时间低于设计用水量，只有在用水高峰时才干与设计最大时供水量持平。压力水罐式供水既是将水泵输入管网多余水进入压力水罐，使罐内水位上升，压力增大，当压力升至电接点压力表控制上限时，触点接通、电源接通、电源切断、及时停泵；依托罐内压缩空气将水压入管网，水位减少压力也随之下降，当压力降至电接点压力表控制下限时，触点接通、电源接通、水泵启动，输入管网多余水量又将进入压力水罐，重复前述过程。压力水罐在供水工程中作用：一是用以暂时存储管网运营中浮现富余水量；二是当管网中产生很大水锤冲击力时，可起到保护管道作用；三是运用供水自动控制，供水压力大且易于调节。
本文就是要设计智能压力水罐控制系统用以解决如上总总问题。

2.2 压力水罐设计根据
压力水罐容积大小是依照水泵流量、管网用水量及水泵启停次数等因素
来拟定，普通可按下式选用

其中U为压力水罐容积(m3),Pm为管网所需最小工作压力(kg / cm2)普通可按计算所需总供水压力H总压90%计算，ah为最小与最大压力比值(以绝对压力计，压力水罐工作压力比)，普通采用0. 65---0.85,Vc为压力水罐最大调节容积(m3)
VC =(Vp-Vr)t （2-1）
其中VP为所选水泵出水量(m3/ h)， Vr为某一时段内供水管网实际用水量(m3/ h)，普通可取设计用水量70%一80%， t为压力水罐由最小工作压力到达最大工作压力时间(h)，普通可取O.O5h左右。
由上述公式可以看出，压力水罐容积大小与下述因素关于：
(1)所选水泵流量与管网实际时用水量差值；
(2)拟定电接点压力表最小值和最大值；
(3)拟定从最小控制工作压力上升至最大控制工作压力所用叶问；
(4)当水泵流量与管网实际时用水量相等时，所需压力水罐容积为零，此时电接点压力表读数不变化。
2.2.2水泵重要性能参数
a.吸程（Hd）：水泵中心至水面垂直 高度
b.扬程（Hs）：水泵中心至最高供水点垂直度
c.全扬程（Ht）：吸程高度和扬程高度之和
Ht=Hd+Hs
d.流量（Q）：流量是泵在单位时间内输送出去液体量。
分为体积流量：单位，m3/h，L/min
质量流量：单位，t/h
e.转速Ns（RPM）：
Ns=120*F/N F：频率 N：电机级数

2.2.3功率和效率
泵功率普通指输入功率，即原动机传到泵轴功率，又称轴功率，用P表达泵有效功率又称输出功率，它是单位时间从泵中输出去液体在泵中获得有效能量。 由于扬程是泵输出单位重量液体从泵中获得有效能量，因此扬程和质量流量及重力 加速度乘积，就是单位时间内从泵中输出液体有效能量。用Pe表达
Pe=ρgQH/1000
泵效率用η表达： η=Pe/P

3 水泵智能控制系统构成及工作原理
3.1 系统总体构造设计

图3-1 系统构成原理图

图3-2 主回路及控制回路
压力水罐智能恒压供水系统由压力水罐、接点式压力表、单片机控制单元、信号转换单元及水泵组等5某些构成，如图3－1示。传感器采用接点式压力表，用于检测水管道压力。控制某些由MCS-51系列单片机为核心部件以及由固态继电器、可控硅等构成信号转换、变送功能和执行机构。依照传感器检测到水压信号完毕水泵组切换和启停控制。本文开发系统其水泵组某些涉及三台交流异步电动机拖动三台离心式水泵。
水泵组电动机运用固态继电器将单片机5V直流电信号变换为380V交流信号，强电信号通过交流接触器作用于电动机，启动电动机运转。其中电路中串接有缺相保护电路等。
3.2 系统控制原理
欲稳定水压，需要构成一种压力闭环控制系统。该系统控制单元和执行机构由单片机、以及由固态继电器、可控硅等器件构成。该自动控制系统通过安装在压力罐上电接点压力表，把气压罐工作压力变成开关量信号传送到单片机，经单片机与给定参量进行比较和逻辑控制算法，运算后输出控制信号，作用到固态继电器，控制电机水泵机组启停，按实际用水量供水并使供水压力恒定。单片机控制调速供水系统控制原理如图3-3示。

图3-3 控制原理构造图

电接点压力表传递是开关量信号，分别代表压力水罐最大工作压力与最小工作压力2个信号。控制器核心为MCS－51系列单片机，依照开关量信号与泵组工作状态，给出启停信号控制泵组配套电机运转与停机。泵组由多台异步交流电机拖动离心式水泵并联构成。控制器与泵组间加软起动器，缓起缓停水泵，平稳水压，延长水泵寿命
该系统依照供水系统工作环境最大需要用水量，先选用系统配套泵组数量，由单片机取电接点压力表开关量信号，通过软启动器，应用先起先停、先停先起原则，按需轮换启停泵组各台泵机，最多所有泵投入工作，至少0台泵工作，选用不同启停轮询时间参数，控制泵组在不同用水量状况下启停，实现泵循环平衡负载。
电接点压力表测量信号P共有四种分别表达压力报警上限信号Pu2、压力正常上限信号Pu1、压力报警下限信号Ps2、压力正常下限信号Ps1。这四个测量信号
将压力水罐内部压力分为压力上限区： Pu1 <P <Pu2（3.2）
压力下限区： Ps1 <P <Ps2（3.3）
为保证充分水量供应，本系统采用三台水泵构成供水控制系统，具备同步控制三台水泵功能。依照不同场合、不同需要可以采用任意台水泵构成水泵组。系统有管道漏水、水源状态、消防信号、远传表故障或欠压超时和水位报警批示，可设定上限保护压力，可设定泵上电工作顺序，并具备手-自动切换功能。
3.3 系统控制设计优化
运用传感器等设备，对水泵站3台水泵电流、电压、压力、温度、压差等模仿信号、故障报警、启停等开关量信号实行集中监控，并对水泵实现程序自动控制。每台水泵运营、停机时间在LED显示屏上实时显示。通过键盘设立和编程，进行三台水泵监控时间切换。为了使系统突然失电后，数据不丢失，在单片机上加装了锁存器。如图3-5所示。
当前，已运营设备水泵大都采用继电器控制，功能少、可靠性差、控制精度低，特别在现场事故发生时无法自动采用紧急办法，严重影响了设备安全运营。而咱们所设计自动监控设备，实现了水泵智能控制，并且从长时间来看，3台水泵启动、停止时间基本同样，避免了单台机器长时间持续运转，减少了机器磨损限度，节约了能源，提高了水泵运用率和维修周期。

图3-5 空压机智能控制系统外部连接框图
4 重要芯片构造与特点
4.1 80C51单片机构造特点
MCS51是指由美国INTEL公司生产一系列单片机总称，这一系列单片机涉及8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型产品，该系列其他单片机都是在8051基本上进行功能增、减变化而来，因此人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在国内最流行单片机，因此诸多场合会看到8031名称。INTEL公司将MCS51核心技术授权给了诸多其他公司，因此有诸多公司在做以8051为核心单片机，固然，功能或多或少有些变化，以满足不同需求，其中80C51就是这几年在国内非常流行单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产。本文在单片机高楼供水系统中将用80C51来完毕控制功能。
4.1.1 单片机构成
单片微型计算机简称单片机，它在一块芯片上集成了各种功能部件：中央解决器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定期器/计数器、和各种输入/输出（I/O）接口（如并行I/O口、串行I/O口和A/D转换器）等。她们之间互相连接图如2-6图，构成一种完整微型计算机。

图4-1 单片机构造框图
4.1.2 80C51单片机引脚描述
CHMOS制造工艺80C51单片机采用40引脚双列直插封装（DIP方式），在单片机40条引脚中有2条专用于主电源引脚，2条外接晶体引脚，4条控制与其他电源复用引脚，32条输入/输出（I/O）引脚。
下面按其引脚功能为四某些论述这40条引脚功能。
（1） 电源引脚VCC和VSS。其中：VCC接+5V电压。
VSS接地。
（2） 接晶体引脚XTAL1和XTAL2。
XTAL1接外部晶体一种引脚。在单片机内部，它是一种反相放大器输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2接外部晶体另一端。在单片机内部，接至上述振荡器反相放大器输出端。采用外部振荡器时，对CHMOS单片机，该引脚悬浮。
（3） 控制或与其她电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP。
ST/VPD：当振荡器运营时，在此引脚上浮现两个机器周期高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚接一种约5K下拉电阻，与VCC引脚之间连接一种约10uf电容，以保证可靠地复位。
（4）VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保持内部RAM数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定电平，而VPD在其规定电压范畴内，VPD就向内部RAM提供备用电源。
（5）ALE/PROG：当访问外部存储器时，ALE（容许地址锁存）输出用于锁存地址低位字节。虽然不访问外部存储器，ALE端仍以不变频率周期性地浮现正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。因而，它可用作对外输出时钟，或用于定期目。然而要注意是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一种ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸取或输出电流）8个LS型TTL输入电路。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。
（6）RSEN：此脚输出是外部程序存储器读写选通信号。在从外部程序存储器取令（或常数）期间，每个机器周期两次PESN有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效PSEN信号将不浮现，PSEN同样可以驱动（吸取或输出）8个LS型TTL输入。
（7）EA/VPP：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH时，将自动转向执行外部程序存储器内程序，当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不论与否有内部程序存储器，对于惯用80C51来说，无内部程序存储器，因此EA脚必要常接地，这样才干只选取外部程序存储器。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21伏编程电源（VPP）。输入/输出I/O引脚P0、P1、P2、P3共32根。
a)P0口：是双向8位三态I/O口，外接存储器时，与地址总线低8位及数据总线复用，能以吸取电流方式驱动8个LSTTL负载。
b)P1口：是8位准双向I/O口由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能琐存，故不是 真正I/O口。门口能驱动（吸取或输出电流）4个LSTTL负载，对8052、8032，P1.0引脚第二功能为T2定期/计数器外部输入，P1.1引脚第二功能为T2EX捕获、重装触发，即T2外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接受低8位地址。
c)P2口（21脚～28脚）：是8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址，在对EPROM编程和程序验证期间，它接受高8位地址。P2可以驱动（吸取或输出电流）4个LSTTL负载。
d)P3口（10脚～17脚）：是8位准双向I/O口，在80c51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口，P3能驱动（吸取或输出电流）4个LSTTL负载。作为第一功能用时，就作为普通I/O口用，功能和操作办法与P1口相似。
表4-1 P3口各引脚第二功能
口线 引脚 第二功能
P3.0 10 RXD（串行输入口）
P3.1 11 TXD（串行输出口）
P3.2 12 INT0(外部中断0)
P3.3