基于STM32單片機(jī)的工業(yè)循環(huán)水極化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0　引言

工業(yè)生產(chǎn)中的循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行中對(duì)淡水消耗非常大，同時(shí)，為防止工業(yè)設(shè)備結(jié)垢等現(xiàn)象，需要對(duì)循環(huán)水不斷添加各種化學(xué)藥劑，且需要不斷地排放污水、補(bǔ)充新鮮水，這樣既對(duì)水資源造成了很大的浪費(fèi)又污染環(huán)境。鑒此，筆者設(shè)計(jì)了一種基于ARM的工業(yè)循環(huán)水極化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過極化場對(duì)水的極化作用[1]，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)循環(huán)水的處理功能，達(dá)到減少水資源消耗、避免使用化學(xué)藥劑、有效防止水資源污染的目的。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

基于ARM 的工業(yè)循環(huán)水極化控制系統(tǒng)采用ST公司的STM32F103微控制器作為主控制核心，由極化能量檢測電路實(shí)時(shí)檢測循環(huán)水水質(zhì)參數(shù)，經(jīng)STM32F103運(yùn)算處理后，由極化能量輸出電路調(diào)整極化能量的輸出，由LCD顯示電路實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行參數(shù)和設(shè)置參數(shù)，由開關(guān)量輸入電路控制信號(hào)的輸入，運(yùn)行數(shù)據(jù)保存在擴(kuò)展RAM 中。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　基于ARM 的工業(yè)循環(huán)水極化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1　主控制器

基于ARM 的工業(yè)循環(huán)水極化控制系統(tǒng)采用基于Cortex-M3內(nèi)核的32位增強(qiáng)型閃存微控制器STM32F103作為控制核心，具有高性能、低功耗、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)[2]。STM32F103的工作頻率可達(dá)72 MHz，具有512 KB 的閃存以及64 KB 的SRAM，12位逐次逼近型ADC，可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式轉(zhuǎn)換;通道采樣時(shí)間可編程，總轉(zhuǎn)換時(shí)間可縮減到1 μs，并支持DMA 數(shù)據(jù)傳輸[3]。

STM32F103可采用定時(shí)器觸發(fā)的同步注入模式，實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)的同步采樣;具有3個(gè)USART串行通信接口，內(nèi)置波特率發(fā)生器，發(fā)送與接收共用可編程波特率，達(dá)4.5Mbit/s;靈活的靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器FSMC能夠通過同步或異步存儲(chǔ)器與16位PC卡接口相連，便于外擴(kuò)存儲(chǔ)器和液晶顯示屏。

2.2　極化能量輸出電路

極化能量輸出電路將STM32F103 輸出的PWM 極化能量控制信號(hào)由硬件邏輯合成、隔離并放大后輸出驅(qū)動(dòng)極化體，產(chǎn)生極化電場作用于循環(huán)水。如圖2所示，極化能量輸出電路由PWM 輸出邏輯控制、光電隔離、輸出驅(qū)動(dòng)、能量提升及輸出組成。

PWM 輸出邏輯控制由非門U1A～U1D和與非門U2、U4構(gòu)成，PWM 有PWM0、PWM1、PWM2三路信號(hào)，另有CON輸出控制信號(hào)。3路PWM 輸出信號(hào)的周期完全相同，其中PWM0、PWM1兩路輸出占空比根據(jù)實(shí)際極化能量的運(yùn)行需要進(jìn)行調(diào)整，PWM　2為占空比為5　0% 的PWM信號(hào)，與PWM0、PWM1_______一起控制N-MOS功率管Q1、Q2分別在1個(gè)周期的0～180°范圍內(nèi)和180°～360°范圍內(nèi)導(dǎo)通，確保Q1、Q2不同時(shí)輸出，有效避免輸出短路。

圖2　極化能量輸出電路