单片机软保护电机的自动抽水系统原理图与程序设计

ID:341842 · 发表于 2020-12-15 18:02

分享一个小项目与大家一起学习交流，因为个人工作等原此还是为初稿，未做进一步的升级完善优化。如后期有时间增加一些功能往智能型，显示，水位等。

设计初终：发现市面卖的一些产品，要么价格高，要么保护电机方案采用硬件，硬件探头容易引起失效，还在电极被污化后没有很好起到保护，所以造成一些如电机线路损坏，水漫金山。这些现象都在设备后期使用久后的根问题。为此下面采用软件逻辑及检测判断的思路来有效的设计一个保护，把保护级别为最高，这样就算有故障也保护财产的安全，降成不必要损失。

设计核心：
1.采用新唐N76e003单片机方案：性价比高，芯片功能强大，足够满足些系统的设计;
2.水位检测方案：采用电极检测（ps:初稿只做适用性开发，未做水位显示）;
3.供电方案：采用5V系统及电极检测，安全性及利用（ps:好多闲置的手机充电器）;
4.控制方案：采用小功率继电器+接触器方案;
5.程序方案：带保护电机方案，电极故障判断;

设计思路原理：
1.电路板电源部份：只需更换对应参数的转换LDO芯片等相关器参数，电源可以改9V、12V。
2.继电器部分：没有选择用大功率30A的设计，而选用小功能率的原因是电机一般都启动电流大，理论上30A继电器也是够的，但大功率的继电触点还是不及于小型接触来得稳定可靠（ps:这个用久你就知道）所以选择小功率继电器，继电器-->接触器-->电机。
3.电极检测部份：采用三极管利用极管原理，做为电极检测（ps:这个部份可以加处光耦效会更好）。
4.指示部份：采用LED指示，状态：运行，停止，故障，模式。
5.按键部分：手动/自动模式，电极故障时可启用手动模式，手动模式状态下，开启后在预定或电极检测一定后自动停止运行。

附件：
设计的原理图
设计程序源码
Altium Designer画的原理图和PCB图如下：(51hei附件中可下载工程文件)

单片机源程序如下:

/********************************************************************************
* @ 水塔自动抽水控制器
* @项目： shuita
* @描述： 1.通过检测高低水位信号
2.实现继电器的开关，控制电机的开启关闭
* @版本：V2.0
* @备注：开机默认为内部高速HIRC(16M)
********************************************************************************/
#include "N76E003.h"
#include "Common.h"
//#include "Delay.h"
#include "timer.h"
#include "SFR_Macro.h"
#include "Function_Define.h"
#include "relay.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "waterlevel.h"
#include "watchdog.h"
/******************************************************************************
*@ 状态/标记/变量定义
*@
******************************************************************************/
////高水位时间必须大于低水位时间 20200625 增加高低水故障判断时间分开
#define H_OVERTIME 60 //单位：分 max=255/60=4h15分
#define L_OVERTIME 30 //单位：分 max=255/60=4h15分
//debug
//#define H_OVERTIME 3 //单位：分 max=255/60=4h15分
//#define L_OVERTIME 1 //单位：分 max=255/60=4h15分
//全局变量
uint8_t timerCountBuff; //高/低水位定时器计数
bit openWorkFlag = 0;
bit stopWorkFlag = 0;
bit autoModeLock = 1; //1为自动
uint8_t workStep = 0;
/*****************************************************************************
*@ 函数声明
*@
******************************************************************************/
void allGPIOConfig(void);
void motorAutoWork(void);
void motorManualWork(void);
/*****************************************************************************
*@ main 函数
*@
******************************************************************************/
void main(void)
{
openWorkFlag = 0;
timerCountBuff = 0;
allGPIOConfig();
allTimerInit();
keyInit();
watchdogInit();
while (1)
{
keyProceWork();
if (autoModeLock)
{
feedDog();
ioLedAutoON;
motorAutoWork();
}
else //if(autoModeLock == 0)
{
feedDog();
ioLedAutoOFF;
motorManualWork();
}
feedDog();
}
}
/*******************************************************************************************************************
*@ 名称：void allGPIOConfig(void)
*@ 功能：实现所需io初始化
*@ 描述：
*@ 输入：none
*@ 输出：none
******************************************************************************************************************/
void allGPIOConfig(void)
{
//Set_All_GPIO_Quasi_Mode;
relayInit(); //继电器初始化
ledInit(); //指示灯初始化
waterLevelInit();
}
/************************************************************************************
@函数：void motorAutoWork(void)
@输入：times 高水位计时时间
@返回：none
@描述：
1.缺水: 低水位电极检测到无水，后启运抽水
2.有水：低水位电极检测到有水，则不进行抽水
3.上水：过程中在设定时同检测，高低电极如果异常则停止自动抽水显示故障
4.上水-停水：正常过程中判断高水位电极是否电平，如有则停止抽水
@设计：byJin
@日期：2020/04/10
**********************************************************************************/
void motorAutoWork(void)
{
bit waterLevelFlag = 0;
switch (workStep)
{
case 0:
{
//缺水判断
waterLevelFlag = lowLevelCheck();
if (waterLevelFlag == 0)
{
workStep = 1;
}
else if (waterLevelFlag == 1)
{
workStep = 0;
}
break;
}
case 1: //水满 -停水
{
waterLevelFlag = highLevelCheck();
if (waterLevelFlag == 0) //未到高水位继续运行
{
TR0 = 1;
relayWork(1);
runWorkLedFlash();
workStep = 1;
//低水位电极异常，指定时间检测无效则停机保护
if (timerCountBuff == L_OVERTIME && lowLevelCheck() == 0)
{
TR0 = 0;
timerCountBuff = 0;
workStep = 2;
}
//高水位电极异常,指定时间检测无效则停机保护
if (timerCountBuff == H_OVERTIME && highLevelCheck() == 0)
{
TR0 = 0;
timerCountBuff = 0;
workStep = 2;
}
}
//电极探到高水位
else if (waterLevelFlag == 1)
{
TR0 = 0;
relayWork(0);
ioLedStopON;
ioLedRunOFF;
workStep = 0;
}
break;
}
case 2:
{ //电极探头异常，存在故障自动模式无法使用
TR0 = 0;
relayWork(0);
ioLedStopON;
ioLedRunOFF;
ioLedHitchON; //故障灯亮
workStep = 2; //切换回自动后故障未解除也不能工作,此值未改变
}
break;
default:
relayWork(0);
break;
}
}
/************************************************************************************
@函数：void motorManualWork(void)
@输入：times 高水位计时时间
@返回：none
@描述：
1.手启自停 -->停采用高电极或延时判断
2.高水位电极有效,则按开无效不进行启动
@设计：byJin
@日期：2020/04/10
**********************************************************************************/
void motorManualWork(void)
{
if (openWorkFlag && highLevelCheck() == 0 && timerCountBuff < H_OVERTIME && stopWorkFlag == 0) //高水位电极未检测到满且手动开启,则启动
{ //启动进中,按开无效,只能按关才有效
TR0 = 1;
relayWork(1);
runWorkLedFlash();
}
else
{
// if(timerCountBuff == H_OVERTIME || highLevelCheck() == 1 ||stopWorkFlag == 1) //高水位电极检测满则-- 停止
// { //采用3种方法停止：定时停止、高水位电极检测停止和手动按关停止
TR0 = 0;
relayWork(0);
ioLedStopON;
ioLedRunOFF;
ioLedHitchOFF;
timerCountBuff = 0;
openWorkFlag = 0;
stopWorkFlag = 0;
return;
// }
}
}

复制代码

全部资料51hei下载地址：

shuita.rar (1.48 MB, 下载次数: 15)

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