基于STM32F745野外无人值守太阳能泵站系统

2015-03-23无锡机电高等职业技术学校毛新刚

电子世界 2015年23期

无锡机电高等职业技术学校毛新刚

0 引言

随着人类社会的发展，能源的消耗量在不断增加，总有一天能源会达到极限，由于大量燃烧能源带来的全球生态环境的恶化，同时太阳能系统使用范围的逐渐增多，产品占有市场份额的增加，迫切推进光伏智能水泵的相关技术发展，基于以上理念发明了一种500W新型野外太阳能水泵系统，解决一些实际问题，具有低碳、节能、环保的概念。无需架设电网，无需柴油发电，安装快捷，省钱，省力。十分符合我国可持续发展的战略。它的运用场合广泛，尤其能够在野外恶劣的环境中使用。

1 野外太阳能泵站控制系统功能及架构

为了使得太阳能控制系统（见图1）能够满足当前流行的自动水泵控制需求，本系统需要具有人机通讯功能。当水泵抽水工作时水源缺水、蓄水池缺水或满水时，系统能够检测到水压，并通过水压信号的反馈与设定值比较来控制电机启动或停止，警示灯的闪烁来判断水泵是否空转或故障。以此实现水泵的自动控制。

图1 控制系统框图

通过太阳能板对蓄电池的充电，实现在野外无需架设电网，无需柴油发电。在晴天时太阳能板对蓄电池的充电，因此太阳能水泵系统需要实时跟踪太阳能板中的最大的功率点，来发挥出太阳能板的最大功效。

野外太阳能泵站主要分：100W太阳能帆板，12v，100aH蓄电池，电池充电管理控制器，水压力开关控制器，水管，水箱，管路接头等配件。

2 野外太阳能泵站控制系统的硬件设计

2.1 MCU

本系统采用ST公司cortex-M7内核单片机STM32F745VG芯片作为控制器，能够对人机接口触摸屏，缺水故障报警，水管压力检测，水箱液位检测，蓄电池温度检测，水泵调速控制，能够在一块电路板实现嵌入式应用，达到良好的人机接口控制要求。STM32F745内置最高1MB闪存、320KB RAM、以太网接口、QSPI接口、摄像头接口和灵活存储控制器（FMC）。STM32F746比STM32F745多一个TFT-LCD控制器。STM32F756比STM32F746多一个加密/哈什（Crypto/Hash）处理器，可对AES-128/-192/-256加密算法进行硬件加速，支持GCM和CCM、Triple DES和hash（MD5、SHA-1、SHA-2）加密算法。这个芯片具有12位ADC检测转换模块，定时器PWM输出功能，采用100pinTQFP封装，最多高达82个IO口，高性能的计算能力能满足大数据量计算的需求。

2.2 人机接口电路

为了让整个产品富有科技感和人文感，增加卖点。人机接口方面用了2.8寸TFT触摸屏LCD，分辨率320X240，驱动芯片为ISL9325。STM32主控芯片采用并行FSMC接口驱动TFT真彩LCD。这个借口就是能达到并行吞吐数据，进行快速读取。和LCD的接口控制采用这个模式，不需要外扩模式。并且读写操作的时序一样。当HCLK的频率是72MHZ，使用此模式。

触摸屏控制芯片采用了ADI公司的AD7843，这款芯片用在个人数字助理，智能手持设备，触摸监控屏幕，它具有4线触摸接口功能，特定的输入输出速率能够达到125kps，相对低的功耗1.37mW工作在3.6V，可编程设置12位或者10位接口编程，有两个辅助模拟输入接口。

整个人机接口的电路如图2所示。在电路板上上采用FPC柔性接口和主控板进行电气连接，触摸控制芯片放在主控制板上，LCD背光采用场效应管进行开关驱动。

图2 触控屏接口电路设计

2.3 压力传感器检测电路（见图3）

图3 传感器信号处理电路

陶瓷压力传感器的满量程输出是25～50mV左右，电桥输出的是差分信号，为了获得很好的精度和放大倍数，本系统采用集成仪表放大器LTC1100CN8，零点偏置电压由电压跟随器U4提供，零点偏置电压0.5V。仪表放大器输出再外接一个额外的同相放大器，整个放大电路对输入零漂的抑制有很好的作用。

整个压力传感器检测范围为0～1Mpa。

3 野外太阳能泵站控制系统的软件设计

本系统采用一种基于PWM的方式来控制直流水泵，灵活可靠，精度也符合要求。当设置完参数后，系统进入运行模式，根据人机接口要求（运行任务，设置任务，停机任务，报警任务），运行时候只负责检测ADC数据，压力参数，水泵电压参数，调整水泵电机转速。执行时如果是运行指令，则执行PID函数并输出PWM控制电机的运行，如果是IO口输出指令则通过IO输出高低电平，同时在运行过程中如果遇到紧急停止、限位信号、停止信号的触发，则立即停止水泵驱动文件的解析执行，同时系统复位，等待下一次的触发。图4为运行流程图。