基于DSP的变速泵供水系统的设计—数据采集及处理部分

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供水系统的研究是随着人们居住环境的集中以及生活个性化的发展而产生的。变速泵供水系统的研究是其中一个重要的研究课题。采用单片机实现的智能供水系统速度慢,控制手段较为落后。目前,超高速、低功耗和强实时性的数字信号处理器(DSP)正在逐渐替代单片机,应用于智能供水系统,使变速泵供水系统的动力性、经济性、稳定性等各项性能不断提高。本文所介绍的正是以TMS320LF2407系列DSP为控制核心的变速泵供水控制系统的设计方案。 TMS320LF2407是一功能强大的数字信号处理器。该芯片是市场份额占全球44%的DSP厂商美国TI公司推出的适用于工业控制的C2000系列产品之一,它功耗低,执行速度快,实时控制能力强。本文简要分析了DSP在运算速度、集成度、专业化和稳定性等方面的优势,介绍了TMS320LF2407芯片的CPU、存储器和片内外设等结构。 整个恒压供水系统由两部分构成,分别是数据采集及处理部分和TMS320LF2407对三相直流无刷电机的控制部分。该系统将自动控制的有关理论转变为实时应用算法移入DSP,并与前向通道和后向通道共同构成一个稳定、可靠的负反馈系统,控制三相直流无刷电动机的状态转换和速度调整,在需水量不断变化的情况下,使送水管道保持相对稳定的水压,以满足恒压供水的需要。 本文详细介绍了整个供水系统的设计方案,对全系统的硬件电路进行了设计,并详细介绍了硬件结构的特点及设计要点。给出了数据采集和处理部分的实现方案论证,并在此基础上进行了数据采集和处理部分的程序设计。 硬件电路设计主要包括信号采集及处理电路和TMS320LF2407对三相无刷直流电动机的控制电路的设计。前者包括对分别来自压力传感器和液位传感器的信号进行预处理(包括整流、放大等),并送入TMS320LF2407的片内A/D模块进行A/D转换;后者利用主控芯片TMS320LF2407片内的两个事件管理器EVA、EVB分别对电机进行了控制:每个事件管理器的6路PWM信号分别控制着电机的6个功率变换元件的开关,三个捕捉引脚CAP1,CAP2,CAP3通过产生捕捉中断来给出电机的换相时刻,同时给出位置信息。除此之外,硬件电路还包括由HD7279A芯片组成的人机接口电路,负责对按键输入及LED显示进行控制;存储器扩展电路通过IS61LV6416芯片为系统提供了64K字的数据存储器;RS232接口电路使用了MAX3232芯片,为PC机提供与该系统的接口;JTAG接口电路用于实现程序的下载、仿真及调试等。 数据采集和处理部分的设计思路是:压力传感器将采集到的水压信号转换成电流信号,然后经电流-电压转换后送入TMS320LF2407的片内A/D模块进行A/D转换,转换后的数字量经过数字滤波,去除干扰后再进行尺度转换,获得水压值,进行显示,并作为控制电机转速的参数参于控制运算。置于蓄水池中的液位传感器采集的水位信号经过与水压信号相似的处理后,得到蓄水池水位值,TMS320LF2407检测其是否超上限或超下限,并分别通过硬件进行超上限或超下限报警。本文还进行了一系列的程序设计,包括A/D转换程序、数字滤波程序、尺度变换程序及人机接口程序等。 由于时间和水平有限,以及其他客观原因,本课题仍存在诸多不足,如系统并未完成全部的现场调试,无法满足大范围的需水要求等等,这些都需要在今后的工作和学习中进一步完善。
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