深圳pcb设计ARM的小区供水嵌入式智能控制系统设

    LPC2000系列CPU都是基于16/32位ARM7TDMI-S，并支持实时仿真和跟踪的CPU，对于代码规模有严格控制的应用场合可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。它们特别适用于工业控制、医疗系统、通信网关、协议转换器以及其它各种类型的应用。LPC2129具有以下特点：① 16KB片内SRAM，256KB片内Flash程序存储器；② 片内Boot装载程序实现在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP），Flash编程1ms可编程256字节，扇区擦除或整片擦处只需400ms；③ 多个串行接口，包括两个UART，一个I2C和两个SPI接口，一个PWM单元（6路输出）、实时时钟和看门狗定时器，多达47个可承受5V电压的通用I/O口；④ 通过可编程的片内锁相环可实现最大为60MHz的CPU工作频率范围，片内晶振的操作频率范围1-30MHz；⑤ 空闲和掉电两种低功耗模式，通过外部中断处理器从掉电模式中唤醒，外设功能可单独使能/禁止，实现功耗最小化。

    2 系统工作原理与软硬件实现

    2.1 系统工作原理

    本系统将泵理论和水动力学做成专家系统，通过对泵出口的压力和流量的采集，由专家系统运算后实时给出系统的工作点，再通过模糊PID控制迅速的把系统稳定在该工作点处。同时该系统还具有故障报警，常规PLC启停逻辑控制，CAN通信，与上位机通信等功能，其中上位机采用VB编写应用程序完成对下位机的监控。系统的原理框图如图1所示。

    2.2 硬件设计

    2.2.1 A/D转换模块

    本系统直接采用ARM7-LPC2129的片内两个A/D转换模块接收泵出口的压力和流量采集信号，转换好的数据送入专家系统进行进一步处理。

    2.2.2 ARM7控制器

    ARM7控制器嵌入了专家系统和模糊PID控制功能，其中专家系统部分把经A/D转换后的流量和压力信号进行运算，计算出用户在该时刻的压力需求并给出系统的工作点，然后经模糊PID控制把系统迅速稳定在该工作点处，系统的控制原理图如图2所示。

    模糊控制具有对被控制对象的数学模型依赖性弱、不需要建立精确数学模型的优点，pcb抄板而PID控制算法具有简单、容易实现等优点，因此，把模糊控制与PID控制在不同的区域实行分级控制，就能发挥模糊控制和PID控制各自的优点。在误差较大时，采用模糊控制使系统快速趋向设定值，并且能实现超调较小的良好动态特性；误差较小时即趋于稳定时，采用PID控制算法发挥PID控制精确、静态误差小等优点，进一步改善静态特性。由于供水系统具有时滞性和非线性，同时建立它的精确数学模型在目前来看还是不可能的，因此本系统采用了模糊PID对供水系统进行控制。

    2.2.3 串口通信模块

    本系统直接使用了ARM7-LPC2129的片内两个UART接口。其中UART0与变频器通信，UART1与上位机（PC）通信。

    2.2.4 开关量输入/输出模块

    本系统采用了ARM7-LPC2129的通用输入/输出口做为开关量的输入/输出接口，用于接收火灾信号、缓冲水池的液位信号，完成泵组启停逻辑控制等相关辅助功能。

    2.2.5 CAN接口模块

    现场总线是工业控制中的控制局域网，代表了未来工业控制的发展方向。由于它的飞速发展，各项工控技术均向现场总线靠拢，因此本系统还开发了CAN接口（ARM7-LPC2129带有一个CAN接口）驱动程序，为系统能接入现场总线网络提供技术支持。