基于ARM的小區(qū)供水系統節(jié)能控制

0 引言

目前的小區(qū)和樓宇供水系統普遍采用基于變頻調速技術的恒壓供水系統，與傳統的恒速供水系統相比取得了可觀的節(jié)能效果。但由于供水系統的泵出口壓力恒定，不能依據用戶需求做相應調節(jié)，因此從泵理論和水動力學來分析它并沒有把變頻調速的節(jié)能潛力充分發(fā)揮出來。

本文針對小區(qū)供水系統節(jié)能這一課題，提出了一種基于ARM的小區(qū)供水嵌入式智能控制系統，它能實時跟蹤用戶需求，因而能較充分發(fā)揮變頻調速的節(jié)能潛力，與常規(guī)恒壓供水系統相比能更大限度的節(jié)能。

1 ARM處理器的性能特點簡介

LPC2000系列CPU都是基于16/32位ARM7TDMI-S，并支持實時仿真和跟蹤的CPU，對于代碼規(guī)模有嚴格控制的應用場合可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。它們特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統、通信網關、協議轉換器以及其它各種類型的應用。LPC2129具有以下特點：① 16KB片內SRAM，256KB片內Flash程序存儲器；② 片內Boot裝載程序實現在系統編程（ISP）和在應用編程（IAP），Flash編程1ms可編程256字節(jié)，扇區(qū)擦除或整片擦處只需400ms；③ 多個串行接口，包括兩個UART，一個I2C和兩個SPI接口，一個PWM單元（6路輸出）、實時時鐘和看門狗定時器，多達47個可承受5V電壓的通用I/O口；④ 通過可編程的片內鎖相環(huán)可實現最大為60MHz的CPU工作頻率范圍，片內晶振的操作頻率范圍1-30MHz；⑤ 空閑和掉電兩種低功耗模式，通過外部中斷處理器從掉電模式中喚醒，外設功能可單獨使能/禁止，實現功耗最小化。

2 系統工作原理與軟硬件實現

2.1 系統工作原理

本系統將泵理論和水動力學做成專家系統，通過對泵出口的壓力和流量的采集，由專家系統運算后實時給出系統的工作點，再通過模糊PID控制迅速的把系統穩(wěn)定在該工作點處。同時該系統還具有故障報警，常規(guī)PLC啟停邏輯控制，CAN通信，與上位機通信等功能，其中上位機采用VB編寫應用程序完成對下位機的監(jiān)控。系統的原理框圖如圖1所示。


2.2 硬件設計

2.2.1 A/D轉換模塊
本系統直接采用ARM7-LPC2129的片內兩個A/D轉換模塊接收泵出口的壓力和流量采集信號，轉換好的數據送入專家系統進行進一步處理。

2.2.2 ARM7控制器ARM7控制器

嵌入了專家系統和模糊PID控制功能，其中專家系統部分把經A/D轉換后的流量和壓力信號進行運算，計算出用戶在該時刻的壓力需求并給出系統的工作點，然后經模糊PID控制把系統迅速穩(wěn)定在該工作點處，系統的控制原理圖如圖2所示。