基于ARM7TDMI的馈电保护装置设计

1、说明书摘要一种基于ARM的智能恒压供水控制装置，其特征是设置由ARM7嵌入式系统构成的智能流量变频控制系统，包括流量采集及处理模块、嵌入式专家模糊PID智能控制模块、变频输出驱动模块和远程网络通信模块。流量信号采集及处理模块是利用ISOEU系列电流电压变送器将HD-LDE智能电磁流量计采集来的4-20ma的流量信号转换为0+5v的电压信号，通过ARM7嵌入式系统内置ADC转换通道实现流量信号的模数转换；将智能专家模糊PID控制算法移植到嵌入式系统中，完成管道流量与设定要求的比较，并根据智能PID控制算法实现流量变频控制输出；利用DA转换芯片实现频率值的数模转换，通过滤波电路接入MM430变频器，最终通过MM430变频器控制三相异步电机变速运转，完成盐水管道流量实时调节；远程网络通信模块负责将实时流量和设定值上传到上位机以便进行远程监控。权利要求书1、一种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置，其特征是：设置由ARM7嵌入式系统构成的智能流量变频控制系统，包括流量采集及处理模块、嵌入式专家模糊PID智能控制模块和变频输出驱动模块。流量信号采集及处理模块是利用电流电压变送器将HD-LDE

2、智能电磁流量计采集来的4-20ma的流量信号转换为0+3.3v的电压信号，通过ARM7嵌入式系统内置ADC转换通道实现流量信号的模数转换；将智能专家模糊PID控制算法移植到嵌入式系统中，完成管道流量与设定要求的比较，并根据智能PID控制算法实现流量变频控制输出；所述流量变频控制是由嵌入式系统根据智能专家模糊PID控制算法根据流量设定值与实时值做出智能控制处理，并将频率输出量通过外接DA转换芯片完成串行DA转换，并将转换后的模拟信号直接与变频器连接，由其驱动三相异步电机工作。2、根据权利要求1所述的网络型嵌入式智能流量变频控制装置，其特征是所述流量传感器采用HD-LDE，输出的是4-20ma的流量信号，电流电压变送器采用ISOEU系列，能直接将4-20ma电流信号转换为03.3v电压信号，通过ARM嵌入式系统内置ADC转换通道采用中断方式进行数据采集；流量变频控制驱动电路是运用ARM嵌入式系统通用的串行传输接口SPI将变频控制参数通过AD5552串行D/A转换器将数字控制量转换成模拟频率值，并将输出信号直接与MM430变频器相连；另一方面，嵌入式系统利用自身携带的RTL8019网络接口器

3、件，通过5类双绞线与上位机相连，并通过SOCKET方式实现流量等参数的远程传输，以便上位机完成流量等参数的远程监控。3、根据权利要求2所述的嵌入式智能流量变频控制器，其特征是所述嵌入式系统采用ARM7TDMI型LPC2210器件，在所述ISOEM-A4-P1-O1型变送器与ARM7 LPC2210嵌入式系统的A/D转换接口连接方面，嵌入式系统通过内置10位ADC转换器中的通道0AIN0（P0.27）、通道1AIN1(P0.28)分别与电流转电压型变送器ISOEM-A4-P1-O1的11#（V+）和8#（V-）管脚相连，利用ADC自带的可调电阻将输入的0+5V电压调整到03.3V，A/D转换的触发可通过定时器中断实现周期性采样，可通过读ADDR（A/D转换寄存器）实现实时流量的读取；所述嵌入式系统对变频器的控制是利用AD5552的VOUT端与变频器MM430相连。说明书一种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置技术领域本实用新型涉及一种嵌入式智能流量变频控制装置，更具体地说是一种具有网络通信功能的实时嵌入式流量变频控制系统装置。背景技术在煤矿冻结凿井盐水流量控制中，大多仍采用人工阀门调

4、节方式，不仅存在自动控制技术落后，而且凿井电能消耗相当严重，每个工作站每年约消耗上百万千瓦，因此，利用变频技术改善目前阀门控制，实现电机变速运转以有效降低电机能耗是冻结凿井首先要解决的问题。目前，变频技术早已进入千家万户，譬如智能变频空调、洗衣机等，它让众多的老百姓享受到了变频带来的节能实惠；在煤矿领域，譬如矿井的提升机变频控制、风机变频控制等也无不体现变频的优势，然而，大多数的变频控制系统多采用传统的单片机控制方式，其输入输出I/O有限，实时性低，运算速度慢等缺陷使其很难满足冻结凿井盐水流量变频控制需求；冻结凿井按照不同时期对盐水流量的不同需求分为积极冻结期和消极冻结期，因此，流量需求是在不断更新的，通过现场施工人员和工程师分析，冻结凿井盐水流量控制存在大滞后、时变性、非线性的控制特点，人们很难为凿井系统建立一个有效的精确的控制模型，这就使得运算速度慢、自适应效果差的单片机PID控制系统无法有效应用到冻结凿井流量变频控制系统中；而且，目前的变频控制装置还存在远程通信能力差的问题，不便于对现场参数的远程监控，这也是流量控制亟待提升的地方；随着基于ARM嵌入式系统技术的不断推进，它易学、

5、易用、结构简单、功能齐全、简化了系统设计，减小了系统规模，缩短设计周期，降低了生产设计成本，而且它还具有运算速度快、功耗低、网络通信方便的优点，这也为智能控制系统的硬件设计提供了技术支持，对于冻结凿井流量控制的改造提供了方便。实用新型内容本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种嵌入式网络型智能PID流量变频控制装置，利用基于LPC2210CPU的ARM，通过选择合适的流量采集器件，A/D、D/A转换芯片，构建流量实时控制主控系统；另一方面，利用ARM自带的网络接口卡RTL8019，运用SOCKET技术实现与远程监控主机的流量数据远程通信，完成网络型流量控制器设计。整个装置采用自顶向下的模块化方法，有效利用了器件丰富的 I/O口、内部逻辑和连线资源，方便地设置了具有实时控制和远程通信功能与一身的智能流量控制装置。本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：1） 首先现场调研，分析总结冻结凿井的施工特点和流量需求变化规律，结合凿井现场施工人员和工程师的工作经验构建凿井流量控制物理模型，进而实现数学模型的设计和数学传递函数的描述；2） 构建变频流量实时控制硬件平台，设计专家模糊P

6、ID智能变频控制算法，将参数采集模块、智能处理模块和控制输出模块相结合形成闭环控制，完成冻结凿井流量实时变频控制系统设计。 3） 构建流量远程监控模块设计，利用以太网络接口卡，利用嵌入式内部存储器将实时采集来的数据存储并利用SOCKET方式实现与上位机的远程通信，完成流量远程监控子系统的设计。本实用新型LED显示屏的电路结构特点是：设置由基于ARM7 LPC2210带以太网接口的嵌入式构成的流量实时网络型控制系统，包括由嵌入式系统构成的流量信号采集和处理模块、由嵌入式系统外接AD5552与变频器构成的流量变频控制输出模块、由嵌入式RTL8019构成的流量远程通信模块；所述流量信号采集与处理模块是由ARM7嵌入式系统通过外接电磁流量计、电流电压隔离变送器和嵌入式系统内置ADC通道相连，实现流量信息的定时采集并求出各时间段的均值，以减小实时流量误差。所述流量实时智能控制模块读取采集来的实时流量值，根据智能PID控制算法求出变频控制频率参数给定值，最后利用DAC转换模块滤波后传给变频器，实现电机的变频调速控制。所述流量远程通信模块是利用ARM内部的网络接口控制器RTL8019通过RJ45以太

7、网接口将实时流量、流量设定值、频率设定值等一并上传到远程监控主机，实现智能型网络控制器设计。与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：1、本实用新型以嵌入式系统构建流量实时采集处理以及智能变频控制系统装置，提高了控制系统的运算速度和精度，利用嵌入式系统较强的存储能力实现了专家-模糊PID算法的有效移植，利用嵌入式系统多进程等高效的运算处理能力降低了复杂控制算法的耗时问题，提高了系统的实时处理能力，性能明显优于常规单片机控制系统；另一方面，由于嵌入式系统自带的网络接口卡很方便的将控制系统接入互联网络，使得流量控制系统的远程通信功能明显增强，有效提高了流量等参数的远程智能监控，随时可查看实时流量，随时修正设定流量，这正是是传统流量控制系统不具备的性能。2、本实用新型通过移植专家模糊自适应PID控制算法到嵌入式系统中，使得该流量控制装置具有较强的自适应性、响应速度快，控制系统简单，系统控制部分的简单设置进一步带来了系统的高可靠性。3、本实用新型系统采用单元化设置，使系统连线直观简便，系统的安装、调试与维护变得极为简便，通过编程控制可以实现流量监控、流量控制历史曲线等的绘制。4、本实用新型易于

8、维护，由于系统简单，极大地方便了维护，降低维护成本。附图说明图1为本实用新型系统构成方框图。图2为本实用新型网络智能控制系统主控单元。图3为本实用新型D/A转换变频输出控制驱动单元。图4 为本实用新型网络通信接口电路驱动单元。以下通过具体实施方式，结合附图对本实用新型作进一步说明。具体实施方式参见图1，本实用新型系统由三大模块构成：信号接收及处理模块、智能嵌入式流量实时控制驱动模块和监控参数网络通信模块。信号接收与处理模块首先通过电磁流量计采集管路水流流量，其输出信号为4-20mA电流信号，通过电流电压隔离型变送器ISOEM-A4-P1-O1将电流信号转换为02.5V电压信号，将该信号接入嵌入式系统是利用LPC2210内部模数转换接口ADC的通道AIN0接入的，AIN0的输入要求为03.3v，所以变送器的输出电压信号正好满足了模数转换电位要求；流量的变频控制是运用移植在嵌入式系统内的智能专家模糊PID控制模块完成流量实时值与设定值的比较、智能PID运算、变频控制输出三步来完成，智能PID控制的运算结果是数字量，需要通过串行接口与外接D/A转换芯片AD5552相连，不断地利用数字输出调节

9、变频器MM430；与此同时，利用SOCKET机制通过以太网络RJ45接口实现与上位机的连接和远程通信，实现流量、变频器频率参数等参量的远程监控，最终完成嵌入式网络型流量控制系统装置的设计。图2所示为本实用新型主控单元，即嵌入式最小控制系统，主要包括电源供电系统模块，可为内核、以太网络通信、JTAG调试、A/D转换能提供1.85V的电源信号；晶振电路为系统提供各种时钟信号；系统复位电路使用了专用微处理器电源监控芯片SP708S，能有效提高系统的可靠性，防止CPU发送错误指令；内部ADC接口可定时采集流量数据，利用内部寄存器ADDR存储转换结果以供查询；控制参量与外接DAC接口芯片通过串行方式，实现控制参量向DAC的串行传输；以太网接口模块完成嵌入式系统方便接入Ethernet，进而实现基于SOCKET的远程通信。图3所示为本实用新型变频数模驱动电路，主要功能是通过数模转换实现嵌入式系统对变频器的控制输出，进而完成异步电机的变速运行，从而有效调节管路流量大小，实现凿井电机节能控制。LPC2210通过P0.7与AD5552模数转换器的相连，利用P0.8与AD5552的相连，利用串行接口P0.9与DIN相连，实现串行数据的输入，利用TXD实现AD5552的时钟驱动信号接入，与AD5552的SCLK相连，数据在SCLK的上升沿被时钟信号引入DAC寄存器，并实现D/A转换。转换的输出通过Vout端与变频器直接相连，完成变频控制参数的模拟传递；通过变频器改变异步电机的转速，实现流量的调节。图4所示为本实用新型网络通信接口电路，主要功能是利用RTL8019网卡和RJ45网络接口将嵌入式系统快速接入Ethernet并与上位监控主机相连。LPC2210的总线是开放的，由于RTL8019AS工作电源是5V，而LPC2210的I/O电压为3.3V，所以在总线上串接了470欧姆的保护电阻。嵌入式系统微控制器LPC2210和网络控制器RTL8019AS是通过外部总线进行连接的，RTL8019AS数据总线D0SD15与LPC2210的D0D15相连，RTL8019AS地址总线SA0S

《基于ARM7TDMI的馈电保护装置设计》由会员桔****分享，可在线阅读，更多相关《基于ARM7TDMI的馈电保护装置设计》请在金锄头文库上搜索。