农田灌溉节水控制系统管理探讨.docx

农田灌溉节水控制系统管理探讨1控制系统的部分硬件设计智能控制系统是基于PIC16F1946单片机研制而成的。该单片机是一款Microchip公司研制的64引脚、高性能增强型8位微型处理器其内置16K＊14字的Flash程序存储器1024字节的数据存储器256字节的数字EEPROMFlash读写次数可达十万次EEPROM读写次数可达一百万次；具有强大的DSP高速运算能力可以满足智能控制装置各模块的数据处理要求；内部振荡器选择频率范围为31～32MHz内含4倍频锁相环、故障保护时钟监视器、上电延时定时器、振荡器起振定时器和扩展型看门狗定时器低功耗休眠功能供电电压范围为1．8～5．5V。54个I／O引脚引脚RA0－RA7、RB0－RB7、RC0－RC7、RD0－RD7、RE0－RE7、RF0－RF7均可作为通用I／O和LCD模拟输出；5个可编程预分频器和后分频器的定时计数器；3个增强型捕捉／比较PWM模块；2个带SPI和I2C的主同步串行端口；2个增强型通用异步收发器；14路10位模数AD转换器。是一个比较适合于以开关量信号输入检测的性价比较高的八位单片机。智能控制系统主要包括三相电能计量电路ATT7022B低压无功补偿控制电路IC卡读写控制电路HS12864－15B液晶显示电路磁保持继电器控制和缺相检测等模块电路。1.1三相电能计量模块三相电能计量采用深圳炬力集成电路设计有限公司的ATT7022B低功耗芯片实现。该计量芯片ATT7022B具有精度高输入动态工作范围为1000∶1非线性测量误差小于0．1％；有功功率测量满足0．2s；无功功率测量满足2级；可测量各相电压有效值、电流有效值、功率因数、频率等参数；可测量各相的和三相的有功功率、无功功率、视在功率；支持全数字域的增益、相位校正；提供一个SPI接口与外部MCU传递信息。电表常数可调＋5V供电。芯片内部集成了七路二阶高速ADC前三路用于三相电压采样另外三路用于三相电流采样最后一路用于零线电流或其他防窃电参数的采样。内部除了ADC和滤波、相乘电路外都采用了数字电路有效地消除了尖脉冲等干扰信号。该模块利用SPI接口与单片机PIC16F1946的信息传递。计量芯片CS、SCLK、DIN、DOUT分别与单片机SPI接口的片选信号、串行时钟输入、串行数据输入、串行数据输出相连接另外在连接线上串接一个10Ω的电阻和对地接上一个10pF的去耦小电容实现低通滤波器用于消除SPI接口信号上的振荡。1.2软启动模块异步电机软启动是利用串接于电源与异步电机之间的三相反并联晶闸管MJSY－QKJL模块作为调压模块实现的虚线框内为MJSY－QKJL控制模块。在电机启动过程中根据设置启动时间Ts当t＜Ts时实时读取ATT7022B芯片三相电压有效值和电流有效值对闭环控制采用增量式数字PID运算及时计算出控制量经12位的串行模拟转换器MAX538输出控制三相反并联晶闸管MJSY－QKJL模块从而实现控制晶闸管的导通角α实现交流输出电压的调节控制启动电流和启动转矩的目的。随着绕组电压逐渐增大直到额定电压时控制接通旁路继电器供电0．2s后三相反并联晶闸管MJSY－QKJL模块退出软启动过程完成。软停止运行在电机负载要求平稳缓慢停车情况下首先接通晶闸管MJSY－QKJL模块全导通0．2s后断开旁路继电器然后晶闸管MJSY－QKJL模块的导通角逐渐减小电枢运行电压逐渐降低直到电枢电压降到0为止实现零电压断开继电器避免继电器断开瞬间出现“火花”烧坏触点的情况完成电机平稳停车消除了水锤现象。1.3无功补偿控制电路等在电机完成启动过程后根据设置启动时间Ts当t＞Ts时电动机进入额定运行状态实时读取ATT7022B芯片三相电动机的有功功率、有功电能、无功功率、无功电能、功率因数的测量值。自动进入功率因数测量与补偿子程序模块实时监测用户末端的视在功率、功率因数的大小根据视在功率和功率因数的大小控制三相电力电容器组的接入和切除实现末端低压电能无功补偿节能控制。无功补偿回路是利用PIC16F1946的RD、RE端口实现四路磁保持继电器控制经过PC817光电隔离器后控制功率COMS管IRL1530驱动三相磁保持继电器实现低压电能无功补偿节能控制。软启动和软停止旁路继电器控制利用PIC16F1946的RF6和RF7引脚来实现控制完成供电与断电控制。在系统中继电器控制端检测缺相信号输入端都使用了PC817光电隔离器。通过光的耦合作用传递电信号提高系统抗干扰的能力。IC卡采用SIEMENS公司的SLE4442加密卡；液晶显示电路采用HOLTEK公司HS12864－15B的LCD显示驱动芯片；IC卡读写控制电路和LCD显示电路见参考文献［1