Desain Sistem Kontrol Polarisasi Air Sirkulasi Industri Berbasis Komputer Single Chip STM32
0 Kata Pengantar
Sistem air yang bersirkulasi dalam produksi industri mengkonsumsi banyak air tawar selama operasi, pada saat yang sama, untuk mencegah peralatan industri dari penskalaan dan fenomena lainnya, perlu untuk terus menambahkan berbagai bahan kimia ke air yang bersirkulasi, dan perlu untuk terus membuang air limbah dan menambah air segar. Itu tidak hanya menyebabkan pemborosan sumber daya air tetapi juga mencemari lingkungan. Mengingat hal ini, penulis merancang sistem kontrol polarisasi air sirkulasi industri berbasis ARM. Sistem ini merealisasikan fungsi pengolahan air yang bersirkulasi industri melalui efek polarisasi bidang polarisasi pada air, dan mencapai tujuan mengurangi konsumsi air, menghindari penggunaan bahan kimia, dan secara efektif mencegah polusi air.
1 Sistem rencana desain keseluruhan
Sistem kontrol polarisasi air sirkulasi industri berbasis ARM menggunakan mikrokontroler STM32F103 sebagai inti kontrol utama.Rangkaian pendeteksian energi polarisasi mendeteksi parameter kualitas air yang beredar dalam waktu nyata.Setelah pemrosesan aritmatika STM32F103, rangkaian output energi polarisasi menyesuaikan polaritas. Output energi kimia ditampilkan oleh sirkuit layar LCD secara real time dan parameter operasi serta parameter pengaturan ditampilkan secara real time. Input sinyal dikendalikan oleh sirkuit input sakelar, dan data pengoperasian disimpan dalam RAM yang diperluas.
2 Desain perangkat keras sistem
2.1 Pengontrol Utama
Sistem kontrol polarisasi air sirkulasi industri berbasis ARM menggunakan mikrokontroler memori flash 32-bit yang ditingkatkan STM32F103 berdasarkan pada inti Cortex-M3 sebagai inti kontrol, yang memiliki karakteristik kinerja tinggi, konsumsi daya rendah, dan kinerja waktu nyata yang baik. Frekuensi operasi STM32F103 dapat mencapai 72 MHz, dengan memori flash 512 KB dan SRAM 64 KB, ADC aproksimasi 12-bit berturut-turut, yang dapat dikonversi dalam mode tunggal, kontinu, pindai, atau terputus-putus, waktu pengambilan sampel saluran dapat diprogram, dan total waktu konversi dapat dikurangi Untuk 1 μs, dan mendukung transfer data DMA.
STM32F103 dapat mengadopsi mode injeksi sinkron yang dipicu oleh waktu untuk mewujudkan pengambilan sampel sinkron dari beberapa sinyal analog; ia memiliki 3 antarmuka komunikasi serial USART, built-in baud rate generator, mengirim dan menerima baud rate yang dapat diprogram bersama, hingga 4,5Mbit / s; Pengontrol memori statis fleksibel FSMC dapat dihubungkan ke antarmuka kartu PC 16-bit melalui memori sinkron atau asinkron, yang sesuai untuk memori eksternal dan layar LCD.
2.2 Rangkaian output energi terpolarisasi
Sirkuit keluaran energi polarisasi mensintesis output sinyal kontrol energi polarisasi PWM oleh STM32F103 dengan logika perangkat keras, mengisolasi dan memperkuat output untuk menggerakkan polarizer, menghasilkan medan listrik polarisasi untuk bekerja pada air yang bersirkulasi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, sirkuit output energi polarisasi terdiri dari kontrol logika output PWM, isolasi fotolistrik, drive output, dorongan dan output energi.
Kontrol logika output PWM terdiri dari gerbang TIDAK U1A ～ U1D dan gerbang NAND U2 dan U4. PWM memiliki tiga sinyal PWM0, PWM1, dan PWM2, dan sinyal kontrol keluaran CON. Siklus dari ketiga sinyal output PWM persis sama, di antaranya, rasio tugas dari output PWM0 dan PWM1 disesuaikan sesuai dengan kebutuhan operasi aktual dari energi polarisasi. PWM 2 adalah sinyal PWM dengan siklus kerja 5 0%, yang sama dengan PWM0 dan PWM1_______ Transistor daya N-MOS Q1 dan Q2 dikontrol bersama untuk dihidupkan dalam kisaran 0-180 ° dan 180 ° -360 ° dalam 1 siklus untuk memastikan bahwa Q1 dan Q2 tidak menghasilkan pada saat yang sama, secara efektif menghindari hubung singkat keluaran.
Untuk meningkatkan stabilitas dan kemampuan anti-gangguan sistem, dan merealisasikan konversi level output, coupler fotolistrik U3 dan U5 dirancang untuk mewujudkan transmisi terisolasi dari sinyal PWM output. R2 dan R3, R6 dan R7 masing-masing membentuk sirkuit pembagi tegangan untuk mewujudkan fungsi penggerak Q1 dan Q2.R4, C1, R8, dan C2 membentuk sirkuit perlindungan resapan kapasitansi resistansi untuk menyerap transien yang dihasilkan oleh on-off dari kumparan primer trafo step-up. Pulsa tegangan tinggi untuk melindungi Q1 dan Q2.
2.3 rangkaian pendeteksi energi polarisasi
Rangkaian pendeteksian energi polarisasi terdiri dari sirkuit pengambilan sampel, rangkaian filter aktif, sirkuit penguatan sinyal dan pembatas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. R9 dan R10 merupakan sirkuit pengambilan sampel. R9 dan R10 memilih yang tepat, resistor melayang kawat-suhu rendah untuk memastikan stabilitas dan keandalan akuisisi sinyal ketika sistem bekerja di lingkungan suhu yang luas. R11, C2, dan U6 membentuk rangkaian filter aktif low-pass tingkat pertama. Frekuensi cut-off filter dirancang menjadi 45Hz, yang secara efektif dapat menyaring sinyal interferensi dari frekuensi daya situs 50Hz. Sirkuit perlindungan batas mengadopsi TVS komponen perlindungan pelepasan muatan elektrostatik, yang secara efektif mencegah pulsa tegangan tinggi atau sinyal yang dihasilkan oleh start dan stop motor skala besar dan peralatan lainnya di bidang industri melebihi batas dan mempengaruhi sirkuit selanjutnya.
3 Desain perangkat lunak sistem
Perangkat lunak sistem kontrol polarisasi berbasis ARM mengembangkan air sirkulasi industri di lingkungan KeiluVision 4. Menggunakan pemrograman bahasa C dan desain modular. Modul program utama termasuk modul inisialisasi, modul akuisisi data energi polarisasi, akuisisi data waktu, dan modul operasi fungsi PID, LCD Modul display drive, modul fungsi perlindungan.
Fungsi utama dari program utama adalah untuk menyelesaikan konfigurasi pin I / O, mode kerja timer dan konfigurasi konstan, mode kerja port serial dan kontrol startup, mode kerja PWM, inisialisasi sumber interupsi dan pengaturan parameter sistem, modul driver layar LCD menyadari pengaturan parameter Konversi data dan fungsi tampilan, termasuk inisialisasi chip drive, pemisahan bit tampilan, konversi kode font tampilan, dan penulisan ke area gambar tampilan.
Karena keluaran energi terpolarisasi dari sistem bekerja pada sistem air yang bersirkulasi industri, efek keluarannya tercermin sebagai sistem histeresis inersia yang besar.
Oleh karena itu, kontrol output energi polarisasi mengadopsi metode kontrol penyesuaian PID digital.
4. Kesimpulan
Dua set sistem kontrol polarisasi air sirkulasi industri berbasis ARM digunakan dalam sistem sirkulasi air pembangkit listrik (didefinisikan sebagai peralatan A dan peralatan
B), dan berhenti menambahkan bahan kimia ke sistem air yang beredar. Sistem ini telah beroperasi selama lebih dari satu tahun, dan efek anti-kerak, kerak, sterilisasi dan membunuh ganggang sangat ideal.