基于STM32单片机的工业循环水极化控制系统设计

0　引言

工业生产中的循环水系统在运行中对淡水消耗非常大，同时，为防止工业设备结垢等现象，需要对循环水不断添加各种化学药剂，且需要不断地排放污水、补充新鲜水，这样既对水资源造成了很大的浪费又污染环境。鉴此，笔者设计了一种基于ARM的工业循环水极化控制系统。该系统通过极化场对水的极化作用[1]，实现对工业循环水的处理功能，达到减少水资源消耗、避免使用化学药剂、有效防止水资源污染的目的。

1　系统总体设计方案

基于ARM 的工业循环水极化控制系统采用ST公司的STM32F103微控制器作为主控制核心，由极化能量检测电路实时检测循环水水质参数，经STM32F103运算处理后，由极化能量输出电路调整极化能量的输出，由LCD显示电路实时显示运行参数和设置参数，由开关量输入电路控制信号的输入，运行数据保存在扩展RAM 中。该系统结构如图1所示。

图1　基于ARM 的工业循环水极化控制系统结构

2　系统硬件设计

2.1　主控制器

基于ARM 的工业循环水极化控制系统采用基于Cortex-M3内核的32位增强型闪存微控制器STM32F103作为控制核心，具有高性能、低功耗、实时性好等特点[2]。STM32F103的工作频率可达72 MHz，具有512 KB 的闪存以及64 KB 的SRAM，12位逐次逼近型ADC，可以单次、连续、扫描或间断模式转换;通道采样时间可编程，总转换时间可缩减到1 μs，并支持DMA 数据传输[3]。

STM32F103可采用定时器触发的同步注入模式，实现多路模拟信号的同步采样;具有3个USART串行通信接口，内置波特率发生器，发送与接收共用可编程波特率，达4.5Mbit/s;灵活的静态存储器控制器FSMC能够通过同步或异步存储器与16位PC卡接口相连，便于外扩存储器和液晶显示屏。

2.2　极化能量输出电路

极化能量输出电路将STM32F103 输出的PWM 极化能量控制信号由硬件逻辑合成、隔离并放大后输出驱动极化体，产生极化电场作用于循环水。如图2所示，极化能量输出电路由PWM 输出逻辑控制、光电隔离、输出驱动、能量提升及输出组成。

PWM 输出逻辑控制由非门U1A～U1D和与非门U2、U4构成，PWM 有PWM0、PWM1、PWM2三路信号，另有CON输出控制信号。3路PWM 输出信号的周期完全相同，其中PWM0、PWM1两路输出占空比根据实际极化能量的运行需要进行调整，PWM　2为占空比为5　0% 的PWM信号，与PWM0、PWM1_______一起控制N-MOS功率管Q1、Q2分别在1个周期的0～180°范围内和180°～360°范围内导通，确保Q1、Q2不同时输出，有效避免输出短路。

图2　极化能量输出电路