Thiết kế hệ thống điều khiển phân cực của nước tuần hoàn công nghiệp Dựa trên máy tính chip đơn STM32

Lời nói đầu 0

Đồng thời, để ngăn chặn các thiết bị công nghiệp không bị co giãn và các hiện tượng khác, cần phải liên tục thêm các hóa chất khác nhau vào nước tuần hoàn, và cần phải liên tục xả nước thải và bổ sung nước ngọt. Nó không chỉ gây lãng phí lớn tài nguyên nước mà còn gây ô nhiễm môi trường. Theo quan điểm này, tác giả đã thiết kế một hệ thống kiểm soát phân cực nước tuần hoàn công nghiệp dựa trên ARM. Hệ thống thực hiện chức năng xử lý nước tuần hoàn công nghiệp thông qua hiệu ứng phân cực của trường phân cực trên mặt nước và đạt được mục đích giảm tiêu thụ nước, tránh sử dụng hóa chất và ngăn ngừa ô nhiễm nước hiệu quả.

1 Kế hoạch thiết kế tổng thể hệ thống

Hệ thống điều khiển phân cực nước tuần hoàn công nghiệp dựa trên ARM sử dụng vi điều khiển STM32F103 của ST làm lõi điều khiển chính. Mạch phát hiện năng lượng phân cực phát hiện các thông số chất lượng nước tuần hoàn trong thời gian thực. Sau khi xử lý số học STM32F103, mạch đầu ra năng lượng phân cực điều chỉnh phân cực. Đầu ra của năng lượng hóa học được hiển thị bởi mạch hiển thị LCD trong thời gian thực và các thông số vận hành và thông số cài đặt được hiển thị theo thời gian thực. Đầu vào của tín hiệu được điều khiển bởi mạch đầu vào chuyển đổi và dữ liệu vận hành được lưu trữ trong RAM mở rộng.

2 Thiết kế phần cứng hệ thống

2.1 Bộ điều khiển chính

Hệ thống điều khiển phân cực nước tuần hoàn công nghiệp dựa trên ARM sử dụng bộ vi điều khiển bộ nhớ flash được tăng cường 32 bit STM32F103 dựa trên lõi Cortex-M3 làm lõi điều khiển, có các đặc tính của hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng thấp và hiệu suất thời gian thực tốt. Tần số hoạt động của STM32F103 có thể đạt 72 MHz, với bộ nhớ flash 512 KB và SRAM 64 KB, ADC xấp xỉ liên tiếp 12 bit, có thể được chuyển đổi ở chế độ đơn, liên tục, quét hoặc không liên tục, thời gian lấy mẫu kênh có thể lập trình được và có thể giảm tổng thời gian chuyển đổi Đến 1 ss và hỗ trợ truyền dữ liệu DMA.

STM32F103 có thể áp dụng chế độ tiêm đồng bộ được kích hoạt theo thời gian để thực hiện lấy mẫu đồng bộ nhiều tín hiệu tương tự, nó có 3 giao diện truyền thông nối tiếp USART, bộ tạo tốc độ baud tích hợp, gửi và nhận tốc độ baud lập trình được chia sẻ, lên tới 4,5Mbit / s; Bộ điều khiển bộ nhớ tĩnh linh hoạt FSMC có thể được kết nối với giao diện thẻ PC 16 bit thông qua bộ nhớ đồng bộ hoặc không đồng bộ, thuận tiện cho bộ nhớ ngoài và màn hình LCD.

2.2 Mạch đầu ra năng lượng phân cực

Mạch đầu ra năng lượng phân cực tổng hợp đầu ra tín hiệu điều khiển năng lượng phân cực PWM bằng STM32F103 bằng logic phần cứng, cách ly và khuếch đại đầu ra để điều khiển phân cực, tạo ra điện trường phân cực để tác động lên nước tuần hoàn. Như được hiển thị trong Hình 2, mạch đầu ra năng lượng phân cực bao gồm điều khiển logic đầu ra PWM, cách ly quang điện, ổ đĩa đầu ra, tăng năng lượng và đầu ra.

Điều khiển logic đầu ra PWM bao gồm các cổng KHÔNG U1A ～ U1D và NAND U2 và U4. PWM có ba tín hiệu của tín hiệu điều khiển đầu ra PWM0, PWM1 và PWM2 và CON. Các chu kỳ của ba tín hiệu đầu ra PWM hoàn toàn giống nhau. Trong số đó, các tỷ lệ nhiệm vụ của hai đầu ra của PWM0 và PWM1 được điều chỉnh theo các yêu cầu hoạt động thực tế của năng lượng phân cực. Các bóng bán dẫn công suất N-MOS Q1 và Q2 được điều khiển cùng nhau để được bật trong phạm vi 0-180 ° và 180 ° -360 ° trong 1 chu kỳ để đảm bảo Q1 và Q2 không được xuất ra cùng lúc, tránh hiệu quả ngắn mạch đầu ra.

Để cải thiện tính ổn định và khả năng chống nhiễu của hệ thống và thực hiện việc chuyển đổi mức đầu ra, các bộ ghép quang điện U3 và U5 được thiết kế để thực hiện việc truyền tín hiệu PWM bị cô lập. R2 và R3, R6 và R7 lần lượt tạo thành một mạch phân chia điện áp để nhận ra chức năng lái xe của Q1 và Q2. R4, C1, R8 và C2 tạo thành một mạch bảo vệ hấp thụ điện dung để hấp thụ các quá độ được tạo ra bởi sự tắt của cuộn sơ cấp của máy biến áp bước lên Xung điện áp cao để bảo vệ Q1 và Q2.

Mạch phát hiện năng lượng phân cực 2.3

Mạch phát hiện năng lượng phân cực bao gồm một mạch lấy mẫu, mạch lọc hoạt động, mạch bảo vệ khuếch đại và giới hạn tín hiệu, như trong Hình 4. R9 và R10 tạo thành một mạch lấy mẫu. R9 và R10 chọn các điện trở dây quấn trôi chính xác, nhiệt độ thấp để đảm bảo sự ổn định và độ tin cậy của việc thu tín hiệu khi hệ thống làm việc trong môi trường nhiệt độ rộng. R11, C2 và U6 tạo thành mạch lọc hoạt động thông thấp thứ nhất. Tần số cắt của bộ lọc được thiết kế là 45Hz, có thể lọc tín hiệu nhiễu của tần số nguồn 50Hz một cách hiệu quả. Mạch bảo vệ giới hạn sử dụng TVS thành phần bảo vệ phóng tĩnh điện, ngăn chặn hiệu quả xung điện áp cao hoặc tín hiệu được tạo ra bởi sự khởi động và dừng của động cơ quy mô lớn và các thiết bị khác trong lĩnh vực công nghiệp vượt quá giới hạn và ảnh hưởng đến mạch tiếp theo.

3 Thiết kế phần mềm hệ thống

Phần mềm hệ thống điều khiển phân cực dựa trên ARM phát triển nước tuần hoàn công nghiệp trong môi trường KeiluVision4, sử dụng lập trình ngôn ngữ C và thiết kế mô-đun. Các mô-đun chương trình chính bao gồm mô-đun khởi tạo, mô-đun thu thập dữ liệu năng lượng phân cực, thu thập dữ liệu thời gian và mô-đun hoạt động chức năng PID, LCD Hiển thị mô-đun ổ đĩa, mô-đun chức năng bảo vệ.

Chức năng chính của chương trình chính là hoàn thành cấu hình chân I / O, chế độ làm việc hẹn giờ và cấu hình không đổi, chế độ làm việc cổng nối tiếp và điều khiển khởi động, chế độ làm việc PWM, khởi tạo nguồn ngắt và cài đặt tham số hệ thống; Các chức năng chuyển đổi và hiển thị dữ liệu, bao gồm khởi tạo chip ổ đĩa, tách bit hiển thị, chuyển đổi mã phông chữ hiển thị và ghi vào vùng hình ảnh hiển thị.

Do sản lượng năng lượng phân cực của hệ thống tác động lên hệ thống nước tuần hoàn công nghiệp, nên hiệu ứng đầu ra của nó được phản ánh như một hệ thống trễ quán tính lớn.

Do đó, điều khiển đầu ra năng lượng phân cực áp dụng phương pháp điều khiển điều chỉnh PID kỹ thuật số.

4. Kết luận

Hai bộ hệ thống điều khiển phân cực nước tuần hoàn công nghiệp dựa trên ARM được sử dụng trong hệ thống nước tuần hoàn của nhà máy điện (được định nghĩa là thiết bị A và thiết bị

B) và ngừng thêm hóa chất vào hệ thống nước tuần hoàn. Hệ thống này đã hoạt động được hơn một năm và các tác dụng chống co giãn, khử cặn, khử trùng và diệt tảo là lý tưởng.