基于ATmega128L潜水泵远程控制器设计要求

摘要：这里介绍一种新型的潜水泵远程控制器设计方案，它采用ATmega128L芯片作为主控制器,使用AD转换电路将采集的潜水泵电压、电流模拟信号转换成数字信号与水源水位数字信号一起传送到主控制器，主控制器可以实时监控，防止欠电压、过电压、缺相、过电流或缺水等故障对潜水泵的损坏；同时控制器具有G远程通信的功能，能实现远程报警和控制，提高管理者的工作效率。
关键词：潜水泵；R；ATmega128L；A/D转换；G
1009-3044(2012)23-5715-03
Remote Controller of diving pump based on ATmega128L microcontroller
XING Ming-tao1, WU Hua-qin2
(1.Zhengzhou Huali Information Technology CO..Ltd, Zhengzhou 450006, China; 2.Henan Vocation College of Chemical Technology, Zhengzhou 450042, China)
Abs

源于：毕业论文总结www.udooo.com

tract: A new fashioned remote controller of diving pump is introduced here, the ATmega128L chip was adopted as main controller, it using the AD converter circuit converts the diving pump voltage and current analog signals into a digital signal, and water level digital sig? nals to deliver to the host controller together. The main controller can provide real-time monitoring and prevent the absent voltage, over-voltage, open-phase, overcurrent and water shortage; controller has a G remote communications capabilities, it can realize remote alarm and control, raise the governor’s work efficiency.
Key words: diving pump; R; ATmega128L; A /D converter; G
潜水泵已经非常普遍应用于农业灌溉和生活供水中，由于潜水泵长期工作环境恶劣和缺乏对潜水泵运行状况的监控、管理，造成电动机烧坏的事故时有发生，甚至威胁到人身安全。怎样更好的预防和减少潜水泵的故障发生机率，延长潜水泵使用寿命，减少潜水泵日常维护费用是科技人员一直探索的课题。该文充分利用R单片机的特点，设计一种基于ATmega128L单片机的潜水泵远程控制器，实现了对潜水泵实时监控，达到预防报警和远程控制的目的。
图1潜水泵远程控制器设计方案
潜水泵远程控制器总体设计如图1所示。MCU模块通过继电器控制电路控制潜水泵的启动和停止，通过水位检测电路和三相

2.1 MCU模块

MCU模块采用Atmel公司基于R RISC结构的高性能、低功耗的8位微处理器ATmega128L。它具有128KB的系统内可编程Flash、4KB的EEPROM、4KB片内SRAM、53个可编程的I/O口、2个8位和2个16位定时器/计数器、2个UASRT口、1个I2C口、一个SPI接口、8路10位A/D、JTAG片上调试和编程接口、8个外部中断接口、6种可以通过软件选择的省电模式以及2.7- 5.5V宽范围的工作电压，最高运行速度可达8MHz[3]。ATmega128L芯片内部集成R RISC结构的8位CPU与系统内可编程的Flash，他可为许多嵌入式控制应用提供了易学、灵活、好用且成本低的方案[4]。
ATmega128L采用两个中断信号检测潜水泵的上、下水位状态，一个中断信号检测外部电源断电报警、一个I2C口用于采集时间信息、一路模拟的I2C口用于接收按键指令、一个SPI口用于数据存储、一个模拟转换开关和一路A/D通道组成8路分时复用的A/D转换通道，采集三相电压和电流实时数据、一个串口分时复用控制液晶显示器显示和读取电表数据信息、一个串口专用于G模块通讯、一路A/C通道采集电池电量信息作为控制电池的通断和充电的依据，采用其中一种省电运行模式延长设备的工作时间和节约电能。

2.2电源模块

电源模块为整个设备提供电能，采用交流供电和锂电池供电的两种方式设计。由交流转直流降压电路、主备电源切换和电池充电供电电路组成。
交流转直流降压电路将交流220V转变为直流5V，作为控制器的主电源，为整个潜水泵远程控制器供电；并再次降压为直流

3.3V，为系统电路供电，提高系统的抗干扰能力。

主备电源切换电路是由电压检测电路和MOS管及元器件组成，当外部电源断电时，电压检测电路产生掉电报警中断，通知MCU主控模块，MCU主控模块根据工作的需要下发指令进行开启电池电源为系统供电；当外部电源上电后，经主备电源切换电路，会自动切换到外部电源供电，并断开电池电源。
电池充电电路是由MOS管、电池充电管理芯片和一个通道的A/D转换电路组成。当MCU主控模块的A/D转换检测到电池容量不足时，控制MOS管和电池充电管理芯片完成对电池的充电。

2.3水位检测电路

由于抽水是水源不足，常常会因为井中缺水而导致水泵电机绕组烧坏，据统计80%左右的水冷式水泵电机绕组烧坏，都是这个原因造成的[5]，因此水位检测电路对潜水泵保护是一项非常重要的保护措施。本控制器的水位检测电路是两个微型水位开关及周围元器件组成，分别连接到MCU模块的外部中断引脚，检测潜水泵的工作水位。上当水位低于上水位设定值时，产生水位降低预警中断信号，当水位低于下水位设定值时，产生缺水报警中断信号，有MCU模块完成对潜水泵停止运行的控制，防止因缺水而导致水泵电机绕组烧坏。

2.4三相电压电流检测电路

三相电压、电流检测电路由6路4—20mA的模拟通道电路组成。电压电流传感器将各项电压和电流转换成4—20mA电流信号，传送给模拟通道电路，经MCU模块循环选通各通道，进行A/D转换，采集各项的电压、电流信号。MCU模块再进行运算和分析，判断出潜水泵工作的电压、电流状态，预防事故的发生。图2是A/C通道复用电路图，R11将4—20mA电流信号，转换为电压信号，经电压跟随器U1，传送给输入8通道、输出1通道的多路通道复用电路U10，U10将信号传送给MCU模块的A/D转换通道输入端，供MCU模块数据采集。C11是4—20mA电流信号的干扰滤除电容，U1保证电压信号的稳定，U10经对其9—11脚的控制，完成输入8通道的选通。
系统软件设计包括主运行程序模块、AD模数转换采集程序模块、读写时间及定时程序模块、数据存储程序模块、键盘扫描显示程序模块、读电表程序模块和G模块通讯程序等。其主程序设计流程如图3所示。系统启动后，先对各模块进行初始化，然后进入主循环处理程序。手动控制处理优先级高于远程控制处理。系统先进行按键判断处理，再进行远程通讯检测和命令处理，然后判断控制潜水泵处理，采集分析潜水泵工作环境状况，如有报警信息，先存储，再显示和发送远程报警信息通知管理员。对于非常危险（如缺相电压、严重过流和缺水等）的报警，系统直接控制潜水泵停止工作。
该文提出了一种基于ATmega128L单片机的潜水泵远程控制器设计方案，利用R单片机的功能强、运行速度快、智能化的特点，对潜水泵的工作电压、工作电流和工作水位等运行参数为监控任务，可预防潜水泵因缺水、缺相电压、过电流、欠电压、过电压等
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