申请日2009.12.25
公开(公告)日2010.06.30
IPC分类号G05B19/04
摘要
一种嵌入式污水处理控制器。该控制器包括：以8位微控制器AW60为核心器件、两路温度采集单元、三路压力采集单元、八路液位采集单元、四路流量采集单元、八路继电器输出单元、键盘输入单元、时钟单元、LCD以及串口通信单元。本发明实现了对温度信号采集并放大、压力信号采集，利用AW60内部集成的AD模块将这些采集信号转化为数字量;利用AW60内部集成的输入捕捉模块，实现对八路液位信号及四路流量信号采集;充分利用AW60内部资源，使控制器整体硬件电路简单、稳定性好。该控制器具有采集精度高、处理及时等特点;另外，该控制器可以根据污水处理工艺的要求，随时修改参数，进行相应地控制，具有可配置性;并且能够与PC机相连，实现在PC机上及现场双控制。
权利要求书
1.一种嵌入式污水处理控制器，其特征在于该控制器包括：
8位微控制器AW60：用于进行核心计算与控制;
温度采集单元：通过微控制器AW60内部集成的AD转换接口与微控制器AW60连接，用于采集污水处理设备中的反应池中温度信号;
压力采集单元：通过微控制器AW60内部集成的AD转换接口与微控制器AW60连接，用于采集污水处理设备中的出水口压力信号;
流量采集单元：通过微控制器AW60内部集成的输入捕捉接口与微控制器AW60连接，用于采集污水处理设备中的出水口、进水口水的流量信号;
液位采集单元：通过微控制器AW60内部集成的输入捕捉接口与微控制器AW60连接，用于采集污水处理设备中反应池、原水池的液位信号;
继电器输出单元：通过微控制器AW60内部集成的基本输入/输出口IO与微控制器AW60连接，用于控制污水处理设备中的各个电机;
键盘输入单元：通过微控制器AW60内部集成的键盘中断接口与微控制器AW60连接，用于控制各个电机的启停及设定工作方式;
时钟单元：通过微控制器AW60内部集成的IIC接口与微控制器AW60连接，用于设定控制污水处理系统时钟;
LCD显示器：通过微控制器AW60内部集成的SPI接口与微控制器AW60连接，用于显示污水处理系统的状态及参数;
串口单元：通过微控制器AW60内部集成的SCI接口与微控制器AW60连接，用于与PC机进行通信。
2.根据权利要求1所述的嵌入式污水处理控制器，其特征在于所述的控制器包括两路温度采集单元，三路压力采集单元，四路流量采集单元，八路液位采集单元和八路继电器输出单元。
3.根据权利要求1所述的嵌入式污水处理控制器，其特征在于所述的温度采集单元的电路组成包括：放大器TL062-1、线性电源转换器TL7660-1、电位器T1PM、温度传感器接口T1J1、温度采集单元电阻一～温度采集单元电阻十以及温度采集单元电容一，温度采集单元电容二;线性电源转换器TL7660-1的2端与4端之间连接温度采集单元电容一，TL7660-1的3端接地，TL7660-1的8端接电源VCC，TL7660-1的5端一路通过温度采集单元电容二接地，TL7660-1的5端另一路输出-5V电压并与放大器TL062-1的4端相连;放大器TL062-1的8端接电源VCC，TL062-1的7端和2端之间连接温度采集单元电阻二，TL062-1的7端和6端之间连接温度采集单元电阻三，TL062-1的6端同时通过温度采集单元电阻四接地，TL062-1的5端通过温度采集单元电阻五与电位器T1PM的2端相连，TL062-1的3端通过温度采集单元电阻十与温度传感器接口T1J1的3端相连，TL062-1的2端与1端之间连接温度采集单元电阻一，同时TL062-1的1端将放大后的温度信号输出到微控制器AW60的PTD3端;电位器T1PM的2端经串联的温度采集单元电阻六和温度采集单元电阻八接地，电位器T1PM的3端与温度传感器接口T1J1的2端相连;温度传感器接口T1J1的3端经串联的温度采集单元电阻九和温度采集单元电阻七接电源VCC，串联的温度采集单元电阻九和温度采集单元电阻七的中间结点同时与串联的温度采集单元电阻六和温度采集单元电阻八的中间结点连接在一起，温度传感器接口T1J1的1端接地。
4.根据权利要求1所述的嵌入式污水处理控制器，其特征在于所述的液位采集单元的电路组成包括：光电隔离器L0_U1、液位采集单元电阻一和液位采集单元电阻二及液位接口L0_J1;液位接口L0_J1的1端接+24V电源，L0_J1的2端与光电隔离器L0_U1的1端相连;光电隔离器L0_U1的2端通过液位采集单元电阻二接地，L0_U1的3端直接与地相连，L0_U1的4端通过液位采集单元电阻一接电源，L0_U1的4端同时将液位信号输出到微控制器AW60的PTE3端。
5.根据权利要求1所述的嵌入式污水处理控制器，其特征在于所述的继电器输出单元的电路组成包括：光电隔离器4N25_0、三极管Relay0_Q1、二极管Relay0_D1、继电器Relay0_1、继电器输出单元电阻一，继电器输出单元电阻二，继电器输出单元电阻三以及输出接口4N25_J0;输出接口4N25_J0的1端直接与继电器Relay0_1的1端相连，4N25_J0的2端直接与继电器Relay0_1的3端相连;继电器Relay0_1的5端通过正向二极管Relay0_D1与继电器Relay0_1的4端相连，Relay0_1的4端同时接电源POWER，继电器Relay0_1的5端同时连接三极管Relay0_Q1的集电极，三极管Relay0_Q1的基极通过继电器输出单元电阻三与光电隔离器4N25_0的4端相连，三极管Relay0_Q1的发射极直接接地;光电隔离器4N25_0的5端通过继电器输出单元电阻二与电源POWER相连，4N25_0的2端直接接地，4N25_0的1端通过继电器输出单元电阻一与微控制器AW60的PTA0端相连。
说明书
嵌入式污水处理控制器
【技术领域】：本发明属于自动控制技术领域，特别涉及一种嵌入式污水处理控制器。
【背景技术】：随着社会经济的发展，特别是化工、轻工等行业的发展，产生的污水越来越多，加剧环境的污染。因此，为了降低这些行业对环境的污染，各个企业投入了大量资金购入污水处理设备。依据污水的成分不同，污水处理的工艺不同，目前有：化学处理方法、物理化学方法、生物处理方法等。但是，无论采用哪一种方法，整个处理过程都以自动处理为主，这就需要污水处理设备具有自动处理功能，即污水处理设备中的自动控制系统。
对污水处理设备中的自动控制系统的设计，目前主要采用机械式及可编程控制器(PLC)的控制系统。机械式的污水控制系统如专利97196751.2(废水控制系统)公开了一种废水控制系统，利用水位感测装置探测水的液位，达到控制进水阀及出水阀的开启。控制简单，只能探测液位一个参数，并且对进水阀及出水阀的开闭时间不能设定。设计中一旦液位确定，不能修改。
专利200810126770.5(污水处理控制设备和方法及污水处理系统)公开了一种污水处理控制系统，利用多个测量单元，分别检测水的成分，结合多个验证单元，通过比例积分微分(PID)控制，实现对废水的处理。该控制器主要采用PID控制单元进行控制，控制算法单一，过程比较繁琐，稳定性差，且不具有与人交互的接口。
污水处理设备的控制系统还有采用可编程控制器(PLC)。PLC具有可编程性，即根据工艺，参数可以设定，模拟量、数字量的参数都可以设定。但是PLC可配置性差，因为PLC都是模块化的，很难找到一块PLC全部满足一种污水处理控制需要，因此需要多块PLC，成本增加。单一PLC是不能构成污水控制系统的，它需要与其他部件如继电器、数据采集单元等一起构成控制系统，而且由PLC构成的污水控制系统体积比较大，功耗高。
【发明内容】：本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种集可编程、可配置、低功耗、数据采集等功能于一体的嵌入式污水处理控制器。
本发明提供的嵌入式污水处理控制器包括：
8位微控制器AW60：用于进行核心计算与控制;
温度采集单元：通过微控制器AW60内部集成的AD转换接口与微控制器AW60连接，用于采集污水处理设备中的反应池中温度信号;
压力采集单元：通过微控制器AW60内部集成的AD转换接口与微控制器AW60连接，用于采集污水处理设备中的出水口压力信号;
流量采集单元：通过微控制器AW60内部集成的输入捕捉接口与微控制器AW60连接，用于采集污水处理设备中的出水口、进水口等水的流量信号;
液位采集单元：通过微控制器AW60内部集成的输入捕捉接口与微控制器AW60连接，用于采集污水处理设备中的反应池、原水池等液位信号;
继电器输出单元：通过微控制器AW60内部集成的基本输入/输出口IO与微控制器AW60连接，用于控制污水处理设备中的各个电机;
键盘输入单元：通过微控制器AW60内部集成的键盘中断接口与微控制器AW60连接，用于控制各个电机的启停及设定工作方式等;
时钟单元：通过微控制器AW60内部集成的IIC接口与微控制器AW60连接，用于设定控制污水处理系统时钟;
LCD显示器：通过微控制器AW60内部集成的SPI接口与微控制器AW60连接，用于显示污水处理系统的状态及参数;
串口单元：通过微控制器AW60内部集成的SCI接口与微控制器AW60连接，用于与PC机进行通信。
以上所述的控制器共包括两路温度采集单元，三路压力采集单元，四路流量采集单元，八路液位采集单元，和八路继电器输出单元。
微控制器AW60是最新的8位微控制器，内部集成有普通IO口、串口SCI、IIC接口、SPI接口、定时器、键盘中断、AD转换接口等。总线频率达到20MHz以上，具有功耗低，接口丰富，工作稳定等特点。
其中所述的温度采集单元的电路组成包括：放大器TL062-1、线性电源转换器TL7660-1、电位器T1PM、温度传感器接口T1J1、温度采集单元电阻一～温度采集单元电阻十以及温度采集单元电容一，温度采集单元电容二;线性电源转换器TL7660-1的2端与4端之间连接温度采集单元电容一，TL7660-1的3端接地，TL7660-1的8端接电源VCC，TL7660-1的5端一路通过温度采集单元电容二接地，TL7660-1的5端另一路输出-5V电压并与放大器TL062-1的4端相连;放大器TL062-1的8端接电源VCC，TL062-1的7端和2端之间连接温度采集单元电阻二，TL062-1的7端和6端之间连接温度采集单元电阻三，TL062-1的6端同时通过温度采集单元电阻四接地，TL062-1的5端通过温度采集单元电阻五与电位器T1PM的2端相连，TL062-1的3端通过温度采集单元电阻十与温度传感器接口T1J1的3端相连，TL062-1的2端与1端之间连接温度采集单元电阻一，同时TL062-1的1端将放大后的温度信号输出到微控制器AW60的PTD3端;电位器T1PM的2端经串联的温度采集单元电阻六和温度采集单元电阻八接地，电位器T1PM的3端与温度传感器接口T1J1的2端相连;温度传感器接口T1J1的3端经串联的温度采集单元电阻九和温度采集单元电阻七接电源VCC，串联的温度采集单元电阻九和温度采集单元电阻七的中间结点同时与串联的温度采集单元电阻六和温度采集单元电阻八的中间结点连接在一起，温度传感器接口T1J1的1端接地。
所述的液位采集单元的电路组成包括：光电隔离器L0_U1、液位采集单元电阻一和液位采集单元电阻二及液位接口L0_J1;液位接口L0_J1的1端接+24V电源，L0_J1的2端与光电隔离器L0_U1的1端相连;光电隔离器L0_U1的2端通过液位采集单元电阻二接地，L0_U1的3端直接与地相连，L0_U1的4端通过液位采集单元电阻一接电源，L0_U1的4端同时将液位信号输出到微控制器AW60的PTE3端。
所述的继电器输出单元的电路组成包括：光电隔离器4N25_0、三极管Relay0_Q1、二极管Relay0_D1、继电器Relay0_1、继电器输出单元电阻一，继电器输出单元电阻二，继电器输出单元电阻三以及输出接口4N25_J0;输出接口4N25_J0的1端直接与继电器Relay0_1的1端相连，4N25_J0的2端直接与继电器Relay0_1的3端相连;继电器Relay0_1的5端通过正向二极管Relay0_D1与继电器Relay0_1的4端相连，Relay0_1的4端同时接电源POWER，继电器Relay0_1的5端同时连接三极管Relay0_Q1的集电极，三极管Relay0_Q1的基极通过继电器输出单元电阻三与光电隔离器4N25_0的4端相连，三极管Relay0_Q1的发射极直接接地;光电隔离器4N25_0的5端通过继电器输出单元电阻二与电源POWER相连，4N25_0的2端直接接地，4N25_0的1端通过继电器输出单元电阻一与微控制器AW60的PTA0端相连。
本发明的优点和积极效果：
本发明提供的嵌入式污水处理控制器实现了两路温度采集、三路压力采集、八路液位采集及四路流量采集，进而实现了对输出的控制，及继电器的开启与闭合;充分利用了具有精简指令集的AW60微处理器的内部资源，如IIC、SPI、SCI等接口分别连接时钟模块、LCD及串口单元，简化电路设计，提高了系统的稳定性、可靠性。通过软件设置相应的参数，达到可配置性，使该控制器适合不同的污水处理控制的需要。简洁的外围电路实现了控制器的人机交互接口，为操作者提供了友好的操作界面。