基于STM32F745野外无人值守太阳能泵站系统

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。

图4 流程图

4 结语

本文所提出的野外智能泵站通过把系统根据功能模块划分成多个任务，开发出相应的应用程序，使得软件编程结构清晰明了，升级可维护性好，系统实时性和可靠性有保证，对于野外泵站控制系统采用商业级μC/OSIII操作系统提供了一种思路。