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摘要：
為了實現電鍍廢水處理全過程自動化控制，設計出一套基于ADSP－BF537和ARM架構的電鍍廢水處理自動化控制系統。詳細闡述了控制系統的硬件設計流程及基于VisualDSP＋＋4．5平臺的軟件設計流程。通過仿真和應用試驗，對電鍍廢水自動化控制系統的性能進行測試與評價。結果表明：設計的電鍍廢水處理自動化控制系統性能優良，達到預期要求，對電鍍廢水的處理效果理想。
關鍵詞：
自動化控制系統；電鍍廢水；重金屬；DSP
0前言
自動化程度低是目前電鍍廢水處理系統普遍存在的問題［1－2］。為了實現電鍍廢水處理全過程自動化控制，設計出一套基于ADSP－BF537和ARM架構的電鍍廢水處理自動化控制系統。首先介紹了電鍍廢水處理自動化控制系統的總體結構和技術指標，然后闡述了控制系統的硬件設計流程和軟件設計流程，最后通過仿真和應用試驗對控制系統的性能進行了測試與評價。
1總體結構和技術指標描述
1．1總體結構
電鍍廢水處理自動化控制系統包含重金屬離子濃度采集、時鐘電路、數據通信、復位電路、程序加載、AD電路和主控電路等模塊。作為控制系統核心的DSP信息處理模塊，用于信息采集和數據感知，并作為控制系統的數據輸入，供DSP信息處理單元實施遠程控制和指令執行。選用TI公司生產的ADSP－BF537作為主控電路模塊的集成DSP芯片。集成控制電路提供EPROM、SDRAM和主機接口（EHPI），I2C總線傳感器通過敏感元件和換能器實現信號采集。電鍍廢水處理自動化控制系統的控制中心單元是系統中樞神經。它通過四通道的特征信息處理將控制系統的兩個DC－DC電源轉換模塊轉換成12V電壓，并且ADC將模擬信號轉換成DSP可以處理的并行數據。AD轉換器中需要考慮分辨率、轉換速率等因素。AD模塊主要完成模擬信號向數字信號的轉換，經DSP處理后的數據被輸送至DA轉換模塊。綜上分析，本文設計的電鍍廢水處理自動化控制系統通過傳感器模塊進行信息采集，并經過AD數模轉化和DSP控制電路處理，實現對電鍍廢水的自動分離和監測控制。
1．2技術指標和模塊功能描述
本文設計的電鍍廢水處理自動化控制系統具備電鍍廢水中重金屬離子類別和濃度檢測、電鍍廢水自動加藥處理和電鍍廢水去污排廢等功能，適用于不同類型的電鍍廢水處理，能夠高效去除污染物和重金屬等有害成分。以含鉻電鍍廢水為例，應用電鍍廢水處理自動化控制系統，通過自動加藥控制，同時采用鐵氧技術使鐵離子和鉻離子產生氫氧化物沉淀，促使鉻離子價態轉變，消弱危害性。另外，還可通過電解法電解分離出含鉻電鍍廢水中的重金屬等有害成分，并經過濾實現重金屬的去除與回收［3］。
2硬件設計
電鍍廢水處理自動化控制系統的硬件除了主要控制部件（如MCU、DSP、EMPU和SOC等）外，還包括LM1117－33動態增益控制模塊。動態增益控制模塊用于提高重金屬離子的吸附和交換能力，實現重金屬的去除與回收。
2．1時鐘電路設計
電鍍廢水處理自動化控制系統中，AD模塊主要完成模擬信號向數字信號的轉換，采集重金屬離子濃度等數據信息。設計的控制系統要求輸出端具有穩定控制輸出，為此，專門設計時鐘電路。圖2為時鐘電路原理圖。針對電鍍廢水的特性，時鐘電路內核頻率設定最高為170Hz，I／O電壓設定為3．1V。選用SRAM進行數據存儲，并在液晶顯示模塊中進行人機交互。時鐘電路作為電鍍廢水處理自動化控制系統的基礎，用以實時監測重金屬離子的濃度和類別。利用附帶的時鐘振蕩器所產生的電磁輻射，實現對重金屬離子電磁絮凝和生物吸附［4］。
2．2上電加載電路設計
在時鐘電路基礎上，設計上電加載電路。圖3為上電加載電路原理圖。采用ADSP－BF537引導裝載進行電鍍廢水處理自動化控制系統的閃電加載。TMS320VC5509A芯片內置64kbytesROM，地址范圍FF0000h－FFFFFFh，通過并行外部存儲器接口EMIF進行數據通信。上電加載電路設計I2C加載模式，以采集到的電鍍廢水數據信息作為識別數字信號，使用256kbit串行CMOSEEPROM加載I2CEEPROM。電鍍廢水處理自動化控制系統的高速存儲單元自動增加內部地址計數器，實現對AD采樣數據連續讀取。
2．3復位電路設計
為了確保電鍍廢水處理自動化控制系統穩定運行，設計復位電路。復位電路采用ADM706微處理器監控芯片，通過1．25V門限檢測器對加藥量進行自動門限控制，在輸出端設置獨立看門狗輸出，同時具備加藥過量等故障報警和低電池檢測等功能，通過控制中和反應和沉淀進程，平衡重金屬離子的濃度，調節電鍍廢水的PH值。
2．4程序加載電路設計
在時鐘電路、上電加載電路和復位電路的基礎上，設計程序加載電路。上電復位或軟件復位后，采用嵌入式ARM控制芯片，從外部16位存儲器中連續讀取0x00字節的主機引導程序，對電鍍廢水處理過程進行自動化控制。在VISUALDSP＋＋的集成開發環境中，通過工具loader實現對電鍍廢水處理自動控制程序的燒寫和引導。設定PLL＿LOCKCNT寄存器進行控制程序時鐘采樣，通過AD轉換模塊和動態增益控模塊進行系統集成設計。另外，設定PLL＿LOCKCNT寄存器進行控制程序時鐘采樣，在控制執行單元設計誤差補償器，將電鍍廢水處理自動化控制系統穩態誤差控制在較小幅度，實現信號接入、電源輸出和出水量自動控制。程序加載電路采用數字電源和模擬電源進行LCD接口設計，監測結果回傳至控制系統ARM主控系統，采用DA轉換電路實現對系統智能調節。程序加載過程中，DSP作為主機，AT25HP512作為從機，VSS和VCC分別接地和接3．3V電源。電鍍廢水處理自動化控制系統硬件設計除了時鐘電路設計、上電加載電路設計、復位電路設計和程序加載電路設計外，還包括電源設計、CAN通信電路設計和DA電路設計。電源設計的目的是提供運放供電的±12V電壓，將DSP板的±12V電壓通過總線得到穩定電壓。CAN通信電路設計采用ADUM1201進行電氣隔離，并采用PCA82C250系統作為CAN總線驅動器。DA電路設計采用AD5545D／A轉換芯片，其輸出范圍達±15V，并且具有0．5μs建立時間實現數據采樣和數模轉換。
3軟件設計
結合電鍍廢水處理自動化控制系統的功能要求，基于VisualDSP＋＋4．5平臺進行控制系統軟件設計。軟件設計的主要功能是通過編寫控制函數對重金屬離子的類別和濃度進行監測，并通過數模轉換對廢水排放指標進行分析和控制。監測結果若顯示電鍍廢水中重金屬離子濃度符合排放標準，則執行自動排放程序。執行程序通過液晶顯示界面實現人機交互。軟件設計中，首先進行系統初始化，包括電鍍廢水監測同步串口初始化、CAN同步通知初始化和時鐘初始化。然后設定PLL＿LOCKCNT寄存器，鎖相環輸出頻率為600MHz，控制系統的內核時鐘600MHz，使用CAN的接收中斷，實時監測電鍍廢水中重金屬離子的類別和濃度，通過生物吸附和加藥控制，并采用離子交換處理，確保經處理的電鍍廢水符合排放標準。
4仿真測試
為了測試電鍍廢水處理自動化控制系統的性能，進行仿真。運用WIN32API函數CreateFile（）建立電鍍廢水中重金屬離子濃度的生成函數，通過DeviceIoControl（）、ReadFile（）和WriteFile（）函數分別控制電鍍廢水處理自動化控制系統的DSP主機、文件讀取和程序寫入，在CVI參數面板上設定所需控制的參量。利用DSP監測重金屬離子的濃度，在控制輸入面板中輸入電鍍廢水流量和排廢濃度閾值等信息參量，對電鍍廢水處理全過程實施自動控制。控制過程中，向中控系統AD5545發送0x3FFFF，等待200000條nop指令后進行時隙延時，等待主控系統分析結果。依據獲取的電鍍廢水成分和重金屬離子濃度數據信息，進行兩路DA數據轉換控制，并智能采用離子交換、化學沉淀或生物絮凝等處理方法，實現有害成分的去除及重金屬的去除和回收［5－6］。
5應用評價
在仿真測試的基礎上，應用本文設計的電鍍廢水處理自動化控制系統進行電鍍廢水處理，通過試驗考察控制系統的性能。以重金屬離子的去除率為指標，與當前應用電鍍廢水處理系統的處理效果進行比較。本文設計的電鍍廢水處理自動化控制系統對電鍍廢水的處理效果優于當前應用的電鍍廢水處理系統的處理效果，達到預期要求，電鍍廢水中重金屬離子的去除率更高，更符合排放標準。
6結論
針對當前應用的電鍍廢水處理系統普遍存在的問題，設計出一套基于ADSP－BF537和ARM架構的電鍍廢水處理自動化控制系統。該控制系統性能優良，達到預期要求，對電鍍廢水的處理效果理想。
作者：黃玉萍 楊懷磊 單位：鄭州旅游職業學院信息工程系
參考文獻：
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