标题: 单片机软保护电机的自动抽水系统原理图与程序设计 [打印本页]

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作者: lanyu8388    时间: 2020-12-15 18:02
标题: 单片机软保护电机的自动抽水系统原理图与程序设计
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:

1. /********************************************************************************
   
2. * @                            水塔自动抽水控制器
   
3. * @项目： shuita
   
4. * @描述：  1.通过检测高低水位信号  
   
5.                                          2.实现继电器的开关，控制电机的开启关闭
   
6. * @版本：V2.0
   
7. * @备注：开机默认为内部高速HIRC(16M)
   
8. ********************************************************************************/
   
9. #include "N76E003.h"
   
10. #include "Common.h"
    
11. //#include "Delay.h"
    
12. #include "timer.h"
    
13. #include "SFR_Macro.h"
    
14. #include "Function_Define.h"
    
15. 
    
16. #include "relay.h"
    
17. #include "led.h"
    
18. #include "key.h"
    
19. #include "waterlevel.h"
    
20. #include "watchdog.h"
    
21. 
    
22. /******************************************************************************
    
23. *@  状态/标记/变量定义
    
24. *@
    
25. ******************************************************************************/
    
26. 
    
27. ////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
    
28. #define H_OVERTIME 60 //单位：分  max=255/60=4h15分
    
29. #define L_OVERTIME 30 //单位：分  max=255/60=4h15分
    
30. 
    
31. //debug
    
32. //#define H_OVERTIME   3        //单位：分  max=255/60=4h15分
    
33. //#define L_OVERTIME   1                //单位：分  max=255/60=4h15分
    
34. 
    
35. //全局变量
    
36. uint8_t timerCountBuff; //高/低水位定时器计数
    
37. bit openWorkFlag = 0;
    
38. bit stopWorkFlag = 0;
    
39. bit autoModeLock = 1; //1为自动
    
40. 
    
41. uint8_t workStep = 0;
    
42. 
    
43. /*****************************************************************************
    
44. *@  函数声明
    
45. *@
    
46. ******************************************************************************/
    
47. void allGPIOConfig(void);
    
48. void motorAutoWork(void);
    
49. void motorManualWork(void);
    
50. 
    
51. /*****************************************************************************
    
52. *@  main 函数
    
53. *@
    
54. ******************************************************************************/
    
55. void main(void)
    
56. {
    
57.         openWorkFlag = 0;
    
58.         timerCountBuff = 0;
    
59. 
    
60.         allGPIOConfig();
    
61.         allTimerInit();
    
62.         keyInit();
    
63.         watchdogInit();
    
64. 
    
65.         while (1)
    
66.         {
    
67. 
    
68.                 keyProceWork();
    
69.                 if (autoModeLock)
    
70.                 {
    
71.                         feedDog();
    
72.                         ioLedAutoON;
    
73.                         motorAutoWork();
    
74.                 }
    
75.                 else //if(autoModeLock == 0)
    
76.                 {
    
77.                         feedDog();
    
78.                         ioLedAutoOFF;
    
79.                         motorManualWork();
    
80.                 }
    
81.                 feedDog();
    
82.         }
    
83. }
    
84. 
    
85. /*******************************************************************************************************************
    
86. *@  名称：void allGPIOConfig(void)
    
87. *@        功能：实现所需io初始化
    
88. *@        描述：
    
89. *@        输入：none
    
90. *@        输出：none
    
91. ******************************************************************************************************************/
    
92. void allGPIOConfig(void)
    
93. {
    
94.         //Set_All_GPIO_Quasi_Mode;
    
95.         relayInit(); //继电器初始化
    
96.         ledInit();         //指示灯初始化
    
97.         waterLevelInit();
    
98. }
    
99. 
    
100. /************************************************************************************
     
101.   @函数：void motorAutoWork(void)
     
102.   @输入：times  高水位计时时间
     
103.         @返回：none
     
104.         @描述：
     
105.                                  1.缺水: 低水位电极检测到无水，后启运抽水
     
106.                                  2.有水：低水位电极检测到有水，则不进行抽水
     
107.                                  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
     
108.                                  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
     
109. 
     
110.         @设计：byJin
     
111.         @日期：2020/04/10
     
112. **********************************************************************************/
     
113. void motorAutoWork(void)
     
114. {
     
115.         bit waterLevelFlag = 0;
     
116. 
     
117.         switch (workStep)
     
118.         {
     
119.         case 0:
     
120.         {
     
121.                 //缺水判断
     
122.                 waterLevelFlag = lowLevelCheck();
     
123.                 if (waterLevelFlag == 0)
     
124.                 {
     
125.                         workStep = 1;
     
126.                 }
     
127.                 else if (waterLevelFlag == 1)
     
128.                 {
     
129.                         workStep = 0;
     
130.                 }
     
131.                 break;
     
132.         }
     
133.         case 1: //水满 -停水
     
134.         {
     
135.                 waterLevelFlag = highLevelCheck();
     
136.                 if (waterLevelFlag == 0) //未到高水位继续运行
     
137.                 {
     
138.                         TR0 = 1;
     
139.                         relayWork(1);
     
140.                         runWorkLedFlash();
     
141.                         workStep = 1;
     
142. 
     
143.                         //低水位电极异常，指定时间检测无效则停机保护
     
144.                         if (timerCountBuff == L_OVERTIME && lowLevelCheck() == 0)
     
145.                         {
     
146.                                 TR0 = 0;
     
147.                                 timerCountBuff = 0;
     
148.                                 workStep = 2;
     
149.                         }
     
150. 
     
151.                         //高水位电极异常,指定时间检测无效则停机保护
     
152.                         if (timerCountBuff == H_OVERTIME && highLevelCheck() == 0)
     
153.                         {
     
154.                                 TR0 = 0;
     
155.                                 timerCountBuff = 0;
     
156.                                 workStep = 2;
     
157.                         }
     
158.                 }
     
159.                 //电极探到高水位
     
160.                 else if (waterLevelFlag == 1)
     
161.                 {
     
162.                         TR0 = 0;
     
163.                         relayWork(0);
     
164.                         ioLedStopON;
     
165.                         ioLedRunOFF;
     
166.                         workStep = 0;
     
167.                 }
     
168.                 break;
     
169.         }
     
170.         case 2:
     
171.         { //电极探头异常，存在故障 自动模式无法使用
     
172.                 TR0 = 0;
     
173.                 relayWork(0);
     
174.                 ioLedStopON;
     
175.                 ioLedRunOFF;
     
176.                 ioLedHitchON; //故障灯亮
     
177.                 workStep = 2; //切换回自动后故障未解除也不能工作,此值未改变
     
178.         }
     
179.         break;
     
180.         default:
     
181.                 relayWork(0);
     
182.                 break;
     
183.         }
     
184. }
     
185. 
     
186. /************************************************************************************
     
187.         @函数：void motorManualWork(void)
     
188.   @输入：times  高水位计时时间
     
189.         @返回：none
     
190.         @描述：
     
191.                                  1.手启自停 -->停采用高电极或延时判断
     
192.                                  2.高水位电极有效,则按开无效不进行启动
     
193.         @设计：byJin
     
194.         @日期：2020/04/10
     
195. **********************************************************************************/
     
196. void motorManualWork(void)
     
197. {
     
198.         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
     
199. 
     
200.         { //启动进中,按开无效,只能按关才有效
     
201.                 TR0 = 1;
     
202.                 relayWork(1);
     
203.                 runWorkLedFlash();
     
204.         }
     
205. 
     
206.         else
     
207. 
     
208.         {
     
209.                 //                 if(timerCountBuff == H_OVERTIME || highLevelCheck() == 1 ||stopWorkFlag == 1) //高水位电极检测满则-- 停止
     
210.                 //                        {                                                                                                                                                                                                                                                        //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
     
211.                 TR0 = 0;
     
212.                 relayWork(0);
     
213.                 ioLedStopON;
     
214.                 ioLedRunOFF;
     
215.                 ioLedHitchOFF;
     
216.                 timerCountBuff = 0;
     
217.                 openWorkFlag = 0;
     
218.                 stopWorkFlag = 0;
     
219.                 return;
     
220.                 //                        }
     
221.         }
     
222. }
     

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