引言

　　目前的小區(qū)和樓宇供水系統(tǒng)普遍采用基于變頻調速技術的恒壓供水系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的恒速供水系統(tǒng)相比取得了可觀的節(jié)能效果。但由于供水系統(tǒng)的泵出口壓力恒定，不能依據用戶需求做相應調節(jié)，因此從泵理論和水動力學來分析它并沒有把變頻調速的節(jié)能潛力充分發(fā)揮出來。

　　本文針對小區(qū)供水系統(tǒng)節(jié)能這一課題，提出了一種基于ARM的小區(qū)供水嵌入式智能控制系統(tǒng)，它能實時跟蹤用戶需求，因而能較充分發(fā)揮變頻調速的節(jié)能潛力，與常規(guī)恒壓供水系統(tǒng)相比能更大限度的節(jié)能。

　　1 ARM處理器的性能特點簡介

　　LPC2000系列CPU都是基于16/32位ARM7TDMI-S，并支持實時仿真和跟蹤的CPU，對于代碼規(guī)模有嚴格控制的應用場合可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。它們特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、通信網關、協議轉換器以及其它各種類型的應用。LPC2129具有以下特點：① 16KB片內SRAM，256KB片內Flash程序存儲器；② 片內Boot裝載程序實現在系統(tǒng)編程（ISP）和在應用編程（IAP），Flash編程1ms可編程256字節(jié)，扇區(qū)擦除或整片擦處只需400ms；③ 多個串行接口，包括兩個UART，一個I2C和兩個SPI接口，一個PWM單元（6路輸出）、實時時鐘和看門狗定時器，多達47個可承受5V電壓的通用I/O口；④ 通過可編程的片內鎖相環(huán)可實現最大為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，實現功耗最小化。

　　2 系統(tǒng)工作原理與軟硬件實現

　　2.1 系統(tǒng)工作原理

　　本系統(tǒng)將泵理論和水動力學做成專家系統(tǒng)，通過對泵出口的壓力和流量的采集，由專家系統(tǒng)運算后實時給出系統(tǒng)的工作點，再通過模糊PID控制迅速的把系統(tǒng)穩(wěn)定在該工作點處。同時該系統(tǒng)還具有故障報警，常規(guī)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編寫應用程序完成對下位機的監(jiān)控。系統(tǒng)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(tǒng)直接采用ARM7-LPC2129的片內兩個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家系統(tǒng)進行進一步處理。

　　2.2.2 ARM7控制器

　　ARM7控制器嵌入了專家系統(tǒng)和模糊PID控制功能，其中專家系統(tǒng)部分把經A/D轉換后的流量和壓力信號進行運算，計算出用戶在該時刻的壓力需求并給出系統(tǒng)的工作點，然后經模糊PID控制把系統(tǒng)迅速穩(wěn)定在該工作點處，系統(tǒng)的控制原理圖如圖2所示。

?

　　模糊控制具有對被控制對象的數學模型依賴性弱、不需要建立精確數學模型的優(yōu)點，而PID控制算法具有簡單、容易實現等優(yōu)點，因此，把模糊控制與PID控制在不同的區(qū)域實行分級控制，就能發(fā)揮模糊控制和PID控制各自的優(yōu)點。在誤差較大時，采用模糊控制使系統(tǒng)快速趨向設定值，并且能實現超調較小的良好動態(tài)特性；誤差較小時即趨于穩(wěn)定時，采用PID控制算法發(fā)揮PID控制精確、靜態(tài)誤差小等優(yōu)點，進一步改善靜態(tài)特性。由于供水系統(tǒng)具有時滯性和非線性，同時建立它的精確數學模型在目前來看還是不可能的，因此本系統(tǒng)采用了模糊PID對供水系統(tǒng)進行控制。