专利名称：一种基于arm的网络型嵌入式智能流量控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种嵌入式智能流量变频控制装置，具体是ー种具有网络通信功能的基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置。
背景技术：
在煤矿冻结凿井盐水流量控制中，大多仍采用人エ阀门调节方式，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，不便于对现场參数的远程监控，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、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的目的是提供一种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置，以解决现有技术中流量控制装置运算速度慢、自适应效果差、远程通信能力差的问题。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置，其特征在于包括流量信号采集模块、ARM嵌入式系统和变频输出驱动模块，所述流量信号采集模块包括电磁流量计和压カ变送器，所述电磁流量计采集管路水流流量并输出电流信号至压カ变送器，所述压カ变送器将电流信号转换为电压信号并传送给ARM嵌入式系统；所述ARM嵌入式系统包括A/D模块、智能PID模块和网卡，所述智能PID模块中移植有专家模糊PID算法，所述A/D模块将接收到的电压信号转换为数字信号并传送给智能PID模块，所述智能PID模块根据流量设定值与实时值对数字信号做出智能控制处理并传送给变频输出驱动模块，所述网卡连接有上位机；所述变频输出驱动模块包括DA转换通道和变频器，所述DA转换通道将经过智能控制处理的数字信号转换为模拟信号并传送给变频器，所述变频器根据接收到的模拟信号驱动异步电机运转。所述的ー种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置，其特征在于所述电磁流量计采用HD-LDE，输出的是4-20mA的流量信号；所述压カ变送器采用ISOEU系列，能直接将4-20mA电流信号转换为(Γ3. 3v电压信号；所述压カ变送器采用IS0EM-A4-P1-01型变送器；所述DA转换通道采用D/A转换芯片AD5552。所述的ー种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置，其特征在于所述ARM嵌入式系统采用ARM7 TDMI型LPC2210器件，通过A/D模块中10位ADC转换器的通道O—ΑΙΝ0、通道I一AINl分别与IS0EM-A4-P1-01压カ变送器的11#和8#管脚相连，利用ADC转换器自带的可调电阻将输入的(T+5V电压调整到(Γ3. 3V。所述的ー种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置，其特征在于所述A/D模块通过定时器中断实现周期性采样，通过读ADDR实现实时流量的读取。 本实用新型的有益效果为I、本实用新型以ARM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，有效提高了流量等參数的远程智能监控，可随时查看实时流量，随时修正设定流量。2、本实用新型通过移植专家模糊PID算法到ARM嵌入式系统中，使得本实用新型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ー步带来了系统的高可靠性。3、本实用新型系统采用単元化设计，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。
图I为本实用新型的原理框图。图2为本实用新型中ARM嵌入式系统的原理框图。图3为本实用新型的输出控制原理框图。图4为本实用新型以太网接ロ电路图。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型包括流量信号采集模块、ARM嵌入式系统和变频输出驱动模块，流量信号采集模块包括电磁流量计和压カ变送器，电磁流量计采集管路水流流量并输出电流信号至压カ变送器，压カ变送器将电流信号转换为电压信号并传送给ARM嵌入式系统;ARM嵌入式系统包括A/D模块、智能PID模块和网卡，智能PID模块中移植有专家模糊PID算法，A/D模块将接收到的电压信号转换为数字信号并传送给智能PID模块，智能PID模块根据流量设定值与实时值对数字信号做出智能控制处理并传送给变频输出驱动模块，网卡连接有上位机；变频输出驱动模块包括DA转换通道和变频器，DA转换通道将经过智能控制处理的数字信号转换为模拟信号并传送给变频器，变频器根据接收到的模拟信号驱动异步电机运转。电磁流量计采用HD-LDE，输出的是4_20mA的流量信号；压カ变送器采用ISOEU系列，能直接将4-20mA电流信号转换为(Γ3. 3v电压信号；压カ变送器采用IS0EM-A4-P1-01型变送器；DA转换通道采用D/A转换芯片AD5552。ARM嵌入式系统采用ARM7 TDMI型LPC2210器件，通过A/D模块中10位ADC转换器的通道O—ΑΙΝ0、通道I一AINl分别与IS0EM-A4-P1-01压カ变送器的11#和8#管脚相连，利用ADC转换器自带的可调电阻将输入的(T+5V电压调整到(Γ3. 3V。A/D模块通过定时器中断实现周期性采样，通过读ADDR实现实时流量的读取。 本实用新型的工作原理流量信号采集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，通过压カ变送器IS0EM-A4-P1-01将电流信号转换为(Γ2. 5V电压信号，将该信号接入嵌入式系统是利用ARM嵌入式系统LPC2210内部模数转换接ロ ADC的通道AINO接入的，AINO的输入要求为(Γ3. 3v，所以压カ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ARM嵌入式系统内的智能PID模块完成流量实时值与设定值的比较、智能专家模糊PID运算、变频控制输出三步来完成，智能PID模块的运算结果是数字量，需要通过串行接ロ与外接D/A转换芯片AD5552相连，不断地利用数字输出调节变频器；与此同时，利用SOCKET机制通过以太网络RJ45接ロ实现与上位机的连接和远程通信，实现流量、变频器频率參数等參量的远程监控。图2所示为本实用新型中ARM嵌入式系统，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1.8 5V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接ロ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；控制參量与外接DAC接ロ芯片通过串行方式，实现控制參量向DAC的串行传输；以太网接ロ模块完成ARM嵌入式系统方便接入Ethernet,进而实现基于SOCKET的远程通信。图3所示为本实用新型的输出控制原理框图，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。ARM嵌入式系统LPC2210与DA转换通道的转换芯片AD5552相连，其中LPC2210
的 PO. 7 与 AD5552 的 1￡^广相连，LPC2210 的 PO. 8 与 AD5552 的相连，LPC2210 的串
行接ロ PO. 9与AD5552的DIN相连实现串行数据的输入，LPC2210的TXD与AD5552的SCLK相连实现AD5552的时钟驱动信号接入，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AD5552的Vout端与变频器直接相连，完成变频控制參数的模拟传递；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ロ电路，主要功能是利用RTL8019网卡和RJ45网络接ロ将嵌入式系统快速接入Ethernet并与上位机相连。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DO SD15与LPC2210的DO D15相连，RTL8019AS地址总线SAO SA4分别与Al A5相连，SA8与LPC2210的A22, SA5与nCS3相连，RTL8019AS读使能IORB与LPC2210的nOE相连，IOffB与LPC2210的nWE相连，RTL8019AS中断输入信号 RSTDRV 与 LPC2210 的 NET_RST 相连，RTL8019AS 中断输出信号 INTO 与 LPC2210 的 INT_ N相连。
权利要求1.一种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置，其特征在于包括流量信号采集模块、ARM嵌入式系统和变频输出驱动模块，所述流量信号采集模块包括电磁流量计和压力变送器，所述电磁流量计采集管路水流流量并输出电流信号至压カ变送器，所述压カ变送器将电流信号转换为电压信号并传送给ARM嵌入式系统；所述ARM嵌入式系统包括A/D模块、智能PID模块和网卡，所述A/D模块将接收到的电压信号转换为数字信号并传送给智能PID模块，所述智能PID模块根据流量设定值与实时值对数字信号做出智能控制处理并传送给变频输出驱动模块，所述网卡连接有上位机；所述变频输出驱动模块包括DA转换通道和变频器，所述DA转换通道将经过智能控制处理的数字信号转换为模拟信号并传送给变频器，所述变频器根据接收到的模拟信号驱动异步电机运转。
2.根据权利要求I所述的ー种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置，其特征在于所述电磁流量计采用HD-LDE，输出的是4-20mA的流量信号；所述压カ变送器采用ISOEU系列，能直接将4-20mA电流信号转换为(Γ3. 3v电压信号；所述压カ变送器采用IS0EM-A4-P1-01型变送器；所述DA转换通道采用D/A转换芯片AD5552。
3.根据权利要求I所述的ー种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置，其特征在于所述ARM嵌入式系统采用ARM7 TDMI型LPC2210器件，通过A/D模块中10位ADC转换器的通道O—ΑΙΝ0、通道I一AINl分别与IS0EM-A4-P1-01压カ变送器的11#和8#管脚相连，利用ADC转换器自带的可调电阻将输入的(T+5V电压调整到(Γ3. 3V。
4.根据权利要求I所述的ー种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置，其特征在于所述A/D模块通过定时器中断实现周期性采样，通过读ADDR实现实时流量的读取。
专利摘要本实用新型公开了一种基于ARM的网络型嵌入式智能流量控制装置，包括流量信号采集模块、ARM嵌入式系统和变频输出驱动模块，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；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。本实用新型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，具有实时控制和远程通信功能，且具有较强的自适应性，响应速度快，控制系统简单，安装、调试与维护也极为简便。
文档编号G05D7/06GK202600499SQ20122003239
公开日2012年12月12日 申请日期2012年2月2日 优先权日2012年2月2日
发明者洪炎, 苏静明 申请人:安徽理工大学