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产品总体设计方案doc

作者:https://www.niurou0470.com 发布时间:2020-09-25 浏览:

  编号: 序号: [全自动反冲洗过滤器控制系统] 产品总体设计方案 拟 制 人 审 核 人______________________ 批 准 人______________________ [ 年 月 日] 版本修改记录 日期 版本号 描述 作者 目 录 ●1、产品版本号,产品在整机中的位置 4 ●2、开发目的及主要功能 4 ●3、产品功能描述/产品逻辑框图及各功能模块说明 4 3.1系统结构 4 3.2节点硬件结构 6 ●4、产品软件功能描述及功能模块划分 7 4.1主节点功能 7 4.2子节点功能 7 4.3主节点软件设计流程 8 4.4子节点软件设计流程 10 ●5、接口定义及电源管理 11 5.1模拟量输出接口 11 5.2数字量输出接口 12 5.3特殊协议传感器输出接口 12 5.4电源管理设计 13 ●6、拟解决技术难点 13 ●7、产品创新点与特点 13 ●8、主要性能指标、功耗和采用标准 14 8.1性能指标 14 8.2采用标准 14 ●9、产品开发计划安排 14 ●1、该项目开发目的就是开发一套基于ARM处理器自动反冲洗控制器,能够作为集中控制系统,实现水处理中过滤系统自动智能反冲洗功能,确保过滤安全、过滤质量。 自动过滤反冲洗控制器系统能够根据传感器获取的压差、流量及本身时钟等来综合分析过滤器的状况,从而采取相应的措施来保证过滤器的正常工作。 控制器具有12路继电器输出、8路模拟量输入和8路开关量输入,通过嵌入式软件开发能够支持多种反冲洗启动方式和多达16个轮滤组的超强过滤控制器。它即可以作为控制终端直接连接传感器、交/直流电磁阀和DTU设备构成过滤反冲洗系统,进行环境信息采集和过滤反冲洗控制,也可以作为一个下行设备,通过大型工控机组成集中式过滤控制系统,同时它还支持短信远程操作控制。它可以广泛应用于集中式过滤控制、无计算机终端过滤控制、短信远程操作过滤控制和自动循环入渗过滤控制等多种形式的过滤控制工程中。 触摸彩屏 需要描述一下 过滤器可以控制8个阀门,用户可以通过设置过滤方式对8个阀门独立控制,也可以对其中任意个数的阀门进行控制。所有的过滤均可以通过设定过滤开启时间、过滤时长以及传感器数值等方式启动。 ●3、产品功能描述/产品逻辑框图及各功能模块说明 3.1系统结构 系统的总体框图如下: 整个系统的功能是:通过外部压力传感器和水表水量等采集数据,发送到处理器,控制机对各个参数进行分析,然后采取相应的控制措施保证过滤器的正常工作。 3.2硬件结构 ASE过滤控制器以ARM7内核的LPC2368处理器为核心,通过串行接口与LCD和通信模块连接,两个DC/DC模块将通信、控制和内核电源隔离,保证控制器电源的稳定性。12路控制及8路开关输入通道通过光电隔离与处理器连接,8路电流/电压输入量则通过带过压保护的多路选择电路输入处理器。 电源系统 控制器具有采集、控制、通信等多种模块,供电中使用隔离型DC/DC隔离电源,共提供了+3.3V(MCU)、AV(模拟采集)、VDZ(控制输出及数字输入)、VBUS(RS485通信)四种电源,并使用TL431D产生了一个2.5V的AD参考源AVREF。 模拟量采集 控制器使用8路模拟开关测量外部输入电压。使用带过压保护的ADG508AKR作为开关保护:使用跳线来设置外部电压/电流测量变换: 继电器驱动及开关量输入 继电器输出驱动由TLP521隔离后通过MC1413进行驱动:电路如下: ●4、产品软件功能描述及功能模块划分 产品软件功能: 产品软件分为两部分,分别是监控部分和处理部分设计,监控主要是对各个站点的数据量进行实时的采集,并且对用户设置的参数,进行总体的监视。监视可以通过LCD液晶显示模块进行监视,还可以利用Modbus协议与上位机通信。在上位机上进行监视。处理部分是对各个站点时实时监控时,在接受到站点发送的要求反冲洗的要求后,按照用户的设定方式,通过继电器的输出,对各个站点实现控制。 采集 8路电流电压采集(模拟量输入) 控制器有AI0,AI1,AI2,AI3,AI4,AI5,AI6,AI7:8路模拟量电压/电流输入端,DI0-DI3:数字信号输入。控制器的基础站是4站,每一站采集一个水表水量值,两个压力传感器的值,一个电磁阀的状态。则可以先用AI0,AI1,AI2,AI3,AI4四路模拟量电压电流输入端。DI0-DI2两路数字信号输入,其他的作为备用,作为扩展用。 采集水表信号,远程水表监控的信号都是脉冲值。每个站点在入水口处接一个水量计,采集到的数值经过开关量输入接入控制器。控制器内部计数,用户预先设定一个水量,当计数器的值达到这个水量值,则进行控制,处理器发出命令,进行冲洗。 压力传感器的信号量,压力传感器采用飞思卡尔mpx系列,输出值是模拟电压值,若是电压范围在1-5V之间的范围,直接送到模拟接口。否则要经过一些处理,这些模拟量经过模拟输入接口采集到控制器接口。每一站设置两个压力传感器,分别采集过滤器进水口和出水口的压力值,将数据传输到控制器,两者的差值与控制器中预先设定的压差值进行比较,连续采集三次以上的值都大于预定值,则进行反冲洗。 4路数字接口(开关量输入):开关量输入要求是有源输入。反冲洗阀门在进行过滤时是关闭,在控制器启动的时候,要对阀门的状态进行采集,若是关闭的就是状态正确。 在系统初始化时,要先对此状态进行测试。 通信 控制器与各个站点之间距离很短,八个站点可能距离处理器的长短不一样,最远的距离大约是10m。可以采用集中式,所有模拟量都接到一个设备上,用若干路模拟输入采集。可以用有线的方式传输数据。 控制器有两路RS232,两路RS485,还有以太网通信模块,但是未安装接口。 两路RS232,一路作为用户交互接口,接LCD液晶显示屏,另一路作为通信模块使用,可以接无线通信设备。 控制器可以作为一个下行设备,通过大型工控机组成集中式灌溉控制系统,同时它还支持短信远程操作控制。它可以广泛应用于集中式灌溉控制、无计算机终端灌溉控制、短信远程操作灌溉控制和自动循环入渗灌溉控制等多种形式的灌溉控制工程中送一个信号, 当控制器作为下位机设备时,,用户可以通过远程监控过滤控制器上传的各种信息,并可针对实际情况自由选择控制方式(手动/自动控制)。 远程监控采用无线方式传输,可以通过串口接无线内部还有以太网模块,可以通过RS485接口外接出来,当用户需要导出一些数据时,可以外接笔记本,将相应的数据下载。 无线设备需要根据实际的情况来选择。 控制器与上位机之间通过Modbus协议进行通信。 LCD显示 触摸屏交互,界面设计成图片的形式,直观,易操作。 1,对反冲洗方式的选择,有压力差启动方式,时间启动,水流量启动,手动启动,以及三种自动控制的相互结合。 压力差启动设置,是用户在一个范围内设置,通过键盘将设置的压力差送到LCD ,通过串口进入控制器。当设置的值比采集模块采集到的数据一致时,在经过比较,若是连续三次都一致或是采集到的数据比设置的值更高时,则反冲洗进行。 时间启动设置。用于对轮滤组过滤启动周期的设定。用户对反冲洗可以选择不启动、每天、单号、双号、星期和自由等方式之一。 不启动:不启动轮灌组灌溉。 每天:阀门每天到设定的启动时刻都将启动反冲洗。 单号:只有日期为单号的时候才启动反冲洗。 双号:只有日期为双号的时候才启动。 星期:以周为单位,选择哪些天需要启动。 自由:用户可以通过设定开始时间和间隔天数进行轮灌。 水量启动设置:,在控制器的设置中,预先有用户设置一个数值,这个数值是在一个范围内,用户根据水质的情况以及经验,设置一个数值,当采集水表水量值与这个数值相对应的时候,则达到反冲洗的条件,开始进行反冲洗。 手动启动,是在必要的时候,进行强制性的反冲洗命令。 三种自动启动方式的结合,比如,压力差和时间的结合。两者中第一个达到冲洗条件的参数将起动反冲洗程序。同时,将另一个启动关闭。 2,对过滤组设置:包括对各站点进行设置,如1-8号站点是否启动,启动是单个启动,还是将各站点分组,对站点启动包括启动时间、启动间隔、启动时长、间歇间隔、间歇时长等。启动时间包括 分组设置,八个站点可以分为两组,启动时可以对组进行控制, 3系统参数设置: 参数设置主要是对系统参数进行设置,完成对通讯协议、时间日期和输入输出通道的设置。 控制器可以作为下位机连接PC机,则要对其进行一些设置。以此完成通信。 上传通道:主要用于控制器和上位机通信的设置。包括对控制器的ID,控制机与上位机的通信方式,可以选择MODBUS ASCII或者MODBUS DTU中的一个,通信中的波特率: 停止位:校验位等的设置。 远程控制:通过无线技术实现对本控制器的远程控制。可以对波特率、数据位、停止位和校验位等参数的设置。 目前,本控制器仅支持GSM MODEM 短信远程控制方式。 扫描周期:用于对GSM MODEM模块的定时访问。用户可以自己设置一定的数值,完成对扫描周期的设定。 时间设置:初始化时完成,在时间启动方式时要对时间进行统计, 高级设置:主要用于对输入/输出通道进行设置。 控制器有八路的模拟电压电流输入通道,有四路的数字输入通道。12站的继电器输出。 校对屏幕:主要用于对触摸屏的校准。 5.1输出接口 控制器内部有DA转换电路,具有模拟量输出接口的传感器,其输出的主要是电压信号和电流信号两类, 数字量输出的传感器在输入到I\O口之前也必须检测其是否需要进行信号调理,其输入的数值是否在能够检测的范围内。 控制器输出量有八路电磁阀输出,输出是开关量控制阀门。 控制器对站点的操作包括:接受到反冲洗命令后,控制输出接口发出启动反洗的电信号,继电器控制电磁阀打开,切换状态,进水三通阀改变方向,关闭。排污阀打开 ---延时 ----计时开始 ---反冲洗时间到达 -----终止反冲洗信号 ----切换状态- -----进水口打开,排污阀关闭 -----依次反冲洗下一个单元 5.3特殊协议传感器输出接口 对于一些按照特殊协议输出信号的传感器进行单独的设计,预留较大的接口空间供其使用。 5.4电源管理设计 1)整个监测系统的电源需求多样化,核心模板需要提供3.3V的电压,各类传感器尽可能的在核心模块上取电,由核心模块提供三种电压:3.3V、5V、12V。 2)为减小整个系统的功耗,在软件设计中,对系统中不工作的节点进行休眠控制,优化电源管理系统。 ●6、拟解决技术难点 2)核心模块节点与多种不同的传感器的接口电路的设计。 3)网络的组建,及其传输和控制。 4)合理有效的休眠算法,实现网络的低功耗特性。 5)Modbus协议在无线)兼容多种数据采集器。 5)通讯距离都可以达到上千米。 6)将符合工业标准的Modbus协议运用到无线)安装方便,成本降低。 ●8、主要性能指标、功耗和采用标准 8.1性能指标 数据传输速率:250KBps 通信范围:300m – 1Km(长距离模块点对点) 接收灵敏度:-110 dBm 寻址方式:64 位 IEEE 地址,8 位网络地址 数据加密:128-bit AES 错误校验: 信道接入方式: 信道数: 通信时延:15ms(激活或信道接入) ,30ms(设备搜索) 发射电流:约 60mA 接收电流:约 60mA 工作温度:-40-85℃ 模块供电电压:3 -12V 8.2采用标准 1)上位机与协调器采用符合工业标准的Modbus协议 2)整个网络之间的通信? 明确具体要干什么,有什么功能,实现什么目的后再写,这部分很乱,概念不清。建议参考国外相关产品说明书。 开发目的需要明确,还需要差资料完善 什么意思? 需要明确过滤系统、过滤控制系统、反冲洗控制系统 ?? 8个阀门从哪里得到? 图中上下行通道,需要一个RS485即可,硬件中具体以太网接口没有,建议不要画上,12路输出需要进行分组,控制那种类型的电磁阀,开关量输入用于连接具体什么?电流输出亦如此,功能需要细化。 同时电源处理方面是通过交流220V输入进行转换,电源部分结构错误,图需要重新针对性画。 只是为微处理器供电的说明,缺少整体描述。 需要将压差传感器的获取针对性描述 继电器输出和开关量输入是否共用?