基于STM32單片機的工業循環水極化控制系統設計

0　引言

工業生產中的循環水系統在運行中對淡水消耗非常大，同時，為防止工業設備結垢等現象，需要對循環水不斷添加各種化學藥劑，且需要不斷地排放污水、補充新鮮水，這樣既對水資源造成了很大的浪費又污染環境。鑒此，筆者設計了一種基于ARM的工業循環水極化控制系統。該系統通過極化場對水的極化作用[1]，實現對工業循環水的處理功能，達到減少水資源消耗、避免使用化學藥劑、有效防止水資源污染的目的。

1　系統總體設計方案

基于ARM 的工業循環水極化控制系統采用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時檢測循環水水質參數，經STM32F103運算處理后，由極化能量輸出電路調整極化能量的輸出，由LCD顯示電路實時顯示運行參數和設置參數，由開關量輸入電路控制信號的輸入，運行數據保存在擴展RAM 中。該系統結構如圖1所示。

圖1　基于ARM 的工業循環水極化控制系統結構

2　系統硬件設計

2.1　主控制器

基于ARM 的工業循環水極化控制系統采用基于Cortex-M3內核的32位增強型閃存微控制器STM32F103作為控制核心，具有高性能、低功耗、實時性好等特點[2]。STM32F103的工作頻率可達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、掃描或間斷模式轉換;通道采樣時間可編程，總轉換時間可縮減到1 μs，并支持DMA 數據傳輸[3]。

STM32F103可采用定時器觸發的同步注入模式，實現多路模擬信號的同步采樣;具有3個USART串行通信接口，內置波特率發生器，發送與接收共用可編程波特率，達4.5Mbit/s;靈活的靜態存儲器控制器FSMC能夠通過同步或異步存儲器與16位PC卡接口相連，便于外擴存儲器和液晶顯示屏。

2.2　極化能量輸出電路

極化能量輸出電路將STM32F103 輸出的PWM 極化能量控制信號由硬件邏輯合成、隔離并放大后輸出驅動極化體，產生極化電場作用于循環水。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、輸出驅動、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構成，PWM 有PWM0、PWM1、PWM2三路信號，另有CON輸出控制信號。3路PWM 輸出信號的周期完全相同，其中PWM0、PWM1兩路輸出占空比根據實際極化能量的運行需要進行調整，PWM　2為占空比為5　0% 的PWM信號，與PWM0、PWM1_______一起控制N-MOS功率管Q1、Q2分別在1個周期的0～180°范圍內和180°～360°范圍內導通，確保Q1、Q2不同時輸出，有效避免輸出短路。

圖2　極化能量輸出電路