基于A(yíng)RM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(shù)的恒壓供水系統，與傳統的恒速供水系統相比取得了可觀(guān)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(hù)需求做相應調節，因此從泵理論和水動(dòng)力學(xué)來(lái)分析它并沒(méi)有把變頻調速的節能潛力充分發(fā)揮出來(lái)。

本文針對小區供水系統節能這一課題，提出了一種基于A(yíng)RM的小區供水嵌入式智能控制系統，它能實(shí)時(shí)跟蹤用戶(hù)需求，因而能較充分發(fā)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(diǎn)簡(jiǎn)介

LPC2000系列CPU都是基于16/32位ARM7TDMI-S，并支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的CPU，對于代碼規模有嚴格控制的應用場(chǎng)合可使用16位Thumb模式將代碼規模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。它們特別適用于工業(yè)控制、醫療系統、通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉換器以及其它各種類(lèi)型的應用。LPC2129具有以下特點(diǎn)：① 16KB片內SRAM，256KB片內Flash程序存儲器；② 片內Boot裝載程序實(shí)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(gè)串行接口，包括兩個(gè)UART，一個(gè)I2C和兩個(gè)SPI接口，一個(gè)PWM單元（6路輸出）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門(mén)狗定時(shí)器，多達47個(gè)可承受5V電壓的通用I/O口；④ 通過(guò)可編程的片內鎖相環(huán)可實(shí)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(guò)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(shí)現功耗最小化。

2 系統工作原理與軟硬件實(shí)現

2.1 系統工作原理

本系統將泵理論和水動(dòng)力學(xué)做成專(zhuān)家系統，通過(guò)對泵出口的壓力和流量的采集，由專(zhuān)家系統運算后實(shí)時(shí)給出系統的工作點(diǎn)，再通過(guò)模糊PID控制迅速的把系統穩定在該工作點(diǎn)處。同時(shí)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(xiě)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(gè)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(zhuān)家系統進(jìn)行進(jìn)一步處理。

2.2.2 ARM7控制器ARM7控制器

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