基于ARM的小區供水系統節能控制

0 引言

目前的小區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，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能潛力充分發揮出來。

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

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，對于代碼規模有嚴格控制的應用場合可使用16位Thumb模式將代碼規模降低超過30%，而性能的損失卻很小。它們特別適用于工業控制、醫療系統、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，扇區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定在該工作點處。同時該系統還具有故障報警，常規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控制把系統迅速穩定在該工作點處，系統的控制原理圖如圖2所示。