本發(fā)明涉及一種船舶生活污水處理系統(tǒng)，尤其涉及基于stm32單片機的新型智能化船舶生活污水處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

國際海事組織(imo)對船舶污水的排放要求越來越嚴格。盡管生活污水處理技術(shù)和裝置在我國發(fā)展迅猛，但還是存在許多問題。尤其是在處理過程中的控制問題，主要表現(xiàn)在自動化程度低、控制精度差等方面。

目前多數(shù)污水處理裝置仍采用繼電器進行半手工半自動化控制，其主要缺陷有：多為手動控制，系統(tǒng)控制參數(shù)由人判斷，不但使得勞動力增大還會由于操作失誤等因素影響系統(tǒng)內(nèi)部正常反應，不但使得生活污水處理系統(tǒng)處理效率低，而且耗時耗能；目前隨著工業(yè)控制的長足發(fā)展，很多污水處理廠家用plc取代了繼電器對污水處理設備進行控制，plc對比于繼電器來說，具備控制程度高、系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)點，但是不容忽視的是，同樣存在著占用體積過大、控制成本較高、控制系統(tǒng)單一和智能化程度較低等缺點；

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種基于stm32單片機的新型智能化船舶生活污水處理系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于stm32單片機的新型智能化船舶生活污水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：電源模塊、電流采集模塊、ad轉(zhuǎn)換模塊、主控模塊、外部驅(qū)動模塊和外部顯示與輸入模塊，所述的外部顯示于輸入模塊和驅(qū)動模塊通過無線通信方式進行連接。

所述電源模塊包括電壓轉(zhuǎn)換、電源濾波和電源指示燈；當系統(tǒng)開啟時，輸入12v電壓通過電壓轉(zhuǎn)換電路輸出5v和3.3v電壓；同時輸出電壓經(jīng)電源濾波電路后，形成穩(wěn)定的輸出電壓供單片機驅(qū)動。

所述電流采集模塊包括外部傳感器和電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊。外部傳感器包括溫度傳感器、液位傳感器和流量傳感器。外部傳感器傳入的4‐20ma電流信號經(jīng)由兩個opa2333運放組成的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為0.8‐4v電壓以供ad轉(zhuǎn)換模塊信號輸入。

所述ad轉(zhuǎn)換模塊包括stm32單片機自帶12位ad，用于獲取電流采集模塊中傳過來的模擬信號，并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行信號處理。

所述主控模塊包括cpu和串口轉(zhuǎn)usb電路，經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換電路的電壓信號傳入到cpu當中，cpu根據(jù)預先設定閾值和傳入的電壓信號進行比較，如果沒有差值，則證明系統(tǒng)正常運行；如果有差值的話，根據(jù)不同差值確定不同的故障類型，并將信號輸出到外部驅(qū)動模塊。同時我們設置了串口轉(zhuǎn)usb電路，可通過接入工控機或者上位機，方便系統(tǒng)進行在線調(diào)試和升級擴展，監(jiān)控設備的實時運行狀態(tài)。

所述外部驅(qū)動模塊包括驅(qū)動電路和外部驅(qū)動，外部驅(qū)動包括泵、加熱器和電磁閥。由cpu處理完的信號傳入到驅(qū)動電路當中，首先先經(jīng)過光耦隔離，使被隔離的兩部分電路之間沒有電的直接連接，主要是防止因有電的連接而引起的干擾，特別是低壓的控制電路與外部高壓電路之間；光耦隔離后信號經(jīng)過三極管放大，進而驅(qū)動固態(tài)繼電器，一路固態(tài)繼電器經(jīng)由接觸器啟動380v三相電機；同時，另外一路固態(tài)繼電器直接控制加熱器和電磁閥。根據(jù)不同的故障原因進而啟動不同的模塊進行系統(tǒng)的修復：1、液位過高或者過低，相應地通過電機驅(qū)動模塊啟停泵；2、系統(tǒng)溫度過高或者過低，相應通過加熱模塊啟停加熱管；3、mbr膜通量過低，相應通過閥控制模塊控制閥開閉，進而實現(xiàn)對mbr膜的反沖洗以提高通量。

所述外部顯示與控制模塊包括顯示屏、無線接收器和報警器。顯示屏用于系統(tǒng)實時運行狀態(tài)和參數(shù)的檢測以及運行參數(shù)的輸入，通過主控模塊的故障診斷，顯示屏能實時顯示系統(tǒng)故障原因并通過報警器和蜂鳴器進行預警。顯示屏可通過無線接收器與手機進行相連，進而可實現(xiàn)手機遠程監(jiān)視和控制設備的運行。

本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

1、基于stm32單片機的智能化船舶生活污水控制系統(tǒng)，選用了意法半導體的stm32f106zet6單片機作為主控，基于意法半導體獨有的130nm制造工藝，為實現(xiàn)超低的泄漏電流特性，在工作和睡眠模式下，energylitetm超低功耗技術(shù)可以最大限度提升能效。此外，該平臺的內(nèi)嵌閃存采用意法半導體獨有的低功耗閃存技術(shù)，能夠在任何設定時間以最低的功耗完成任務。對比目前市面上的船舶生活污水控制系統(tǒng)，功耗更低，更加節(jié)能。

2、基于stm32單片機的智能化船舶生活污水控制系統(tǒng)，選用的stm32電路的設計目的是以低電壓實現(xiàn)高性能，有效延長電池供電設備的充電間隔。片上模擬功能的最低工作電源電壓為1.8v。數(shù)字功能的最低工作電源電壓為1.65v，在電池電壓降低時，可以延長電池供電設備的工作時間。對比與傳統(tǒng)的繼電器和plc控制，壽命大大增加。

3、基于stm32單片機的智能化船舶生活污水控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對新型船舶生活污水處理系統(tǒng)的效能評價與狀態(tài)預估，得到不同運行時期的系統(tǒng)智能調(diào)控策略與不利條件下的系統(tǒng)救護方案。進行不同控制策略下的裝置運行過程診斷研究，在實時監(jiān)控過程中進行效能評估，系統(tǒng)運行不利條件下能夠自動預警；

4、基于stm32單片機的智能化船舶生活污水控制系統(tǒng)，由于優(yōu)良的制造工藝，對比于市面上的船舶生活污水控制系統(tǒng)，體積更小，智能化程度更高。

5、基于stm32單片機的智能化船舶生活污水控制系統(tǒng)，對比于市面上的船舶生活污水控制系統(tǒng)，易于與機器學習等算法相結(jié)合，實現(xiàn)更加智能化的故障診斷和預測。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施的基于stm32單片機的新型智能化船舶生活污水處理系統(tǒng)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施的基于stm32單片機的新型智能化船舶生活污水處理系統(tǒng)電源模塊電路圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施的基于stm32單片機的新型智能化船舶生活污水處理系統(tǒng)電流采集模塊電路圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施的基于stm32單片機的新型智能化船舶生活污水處理系統(tǒng)主控模塊電路圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施的基于stm32單片機的新型智能化船舶生活污水處理系統(tǒng)usb與串口模塊電路圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施的基于stm32單片機的新型智能化船舶生活污水處理系統(tǒng)外部驅(qū)動模塊電路圖；

具體實施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意合理組合。

具體實施方法：該新型智能化船舶生活污水處理系統(tǒng)用于對船舶生活污水處理裝置進行控制，該系統(tǒng)包括：電源模塊、電流采集模塊、ad轉(zhuǎn)換模塊、主控模塊、外部驅(qū)動模塊和外部顯示與輸入模塊傳感器；電源模塊用于輸出穩(wěn)定的電壓供整個控制系統(tǒng)的驅(qū)動；電流采集模塊將傳感器傳出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號以供ad轉(zhuǎn)換模塊信號輸入；ad轉(zhuǎn)換模塊與電流采集模塊相連，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行信號處理；主控模塊與ad轉(zhuǎn)換模塊相連，用于根據(jù)輸入的信號與預設值對比，進而判斷是否有故障以及故障種類；外部驅(qū)動模塊與主控模塊相連，cpu判斷故障種類后相應對外部驅(qū)動模塊發(fā)出信號，根據(jù)不同的故障原因進而啟動不同的模塊進行系統(tǒng)的修復；外部顯示與輸入模塊與主控模塊相連，用于系統(tǒng)實時運行狀態(tài)和參數(shù)的檢測以及運行參數(shù)的輸入。

所述電源模塊包括電壓轉(zhuǎn)換電路、電源濾波和電源指示燈；當系統(tǒng)開啟時，sd6a1‐5(u4)將電壓從12v電壓轉(zhuǎn)換成5v輸出，再通過lm117(u3)將5v轉(zhuǎn)換成3.3v電壓。在每一級電壓轉(zhuǎn)換時經(jīng)過c6、c7、c8、c9電容濾波，去除電容干擾，直至穩(wěn)定后，形成穩(wěn)定的輸出給單片機供電。

所述電流采集模塊包括外部傳感器和電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊。外部傳感器包括溫度傳感器、液位傳感器和流量傳感器。以第一路為例，外部傳感器傳入的4‐20ma電流信號i，經(jīng)r1/r1c轉(zhuǎn)化為i*100大小的電壓，opa2333運放的輸入為高阻，其正相輸入端近似看做開路，所以，其正相輸入端電壓也為i*100，為0.4v‐2v，運放opa2333的放大倍數(shù)為a＝(r2+r4)/r4,若r1＝10kω，rf＝10kω，則a＝2；對于4－20ma的電流輸入信號，由a＝2可知，4－20ma的輸入電流對應0.8－4v的輸出電壓信號。

所述ad轉(zhuǎn)換模塊包括stm32單片機自帶12位ad，用于獲取電流采集模塊中傳過來的模擬信號，并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行信號處理。單片機進行采集數(shù)據(jù)的處理過程中，采用了三種軟件濾波方式。第一種為限幅濾波又稱粗大誤差剔除濾波，其原理是先求出相鄰采樣值的增量(絕對值)，再與兩次采樣間允許的最大差值δym進行比較，若小于或等于δym，則取本次采樣值，否則把上次采樣值作為本次采樣值。即:若|yn-yn-1|<＝δym，取本次采樣值yn，若|yn-yn-1|>δym，取上次采樣值yn-1。式中yn，yn-1分別為本次和上次采樣值，δym為相鄰兩次采樣間允許的最大偏差。第二種為去極值平均濾波，其原理是對采集的一組數(shù)據(jù)進行排序并去掉首尾的幾個數(shù)據(jù)，再對剩余的數(shù)據(jù)求平均。第三種為最小二乘法濾波，其原理是對于一組實驗數(shù)據(jù)(ti,yi),(i＝1,2,3...,n)。當n足夠大，即實驗數(shù)據(jù)足夠多，而且研究的對象是一個穩(wěn)定的系統(tǒng)時，通過最小二乘法可以找出一個函數(shù)來真實地反應研究對象的運行狀態(tài)。用來取代yi，得一組新的數(shù)據(jù)(ti,y′i),(i＝1,2,3...,n),其中在程序中我們把定義為一階函數(shù)，即

本發(fā)明中對傳感器方差的求解采用了三級軟件濾波，其實施方式如下：系統(tǒng)每5‐10秒(該時間由上位計算機設置)得到一個傳感器采集方差，每計算一個傳感器采集方差需要樣本數(shù)512個，而每一個樣本是由24個采集值經(jīng)過兩級濾波后得到的，第一級為粗大誤差剔除濾波，它的作用是剔除由各種干擾所產(chǎn)生的隨機脈沖信號；第二級為去極值平均濾波，它的作用是濾掉脈沖干擾的同時濾掉慢隨機起伏信號，其具體做法是將24個樣本數(shù)通過冒泡法排序，然后去掉最大的4個和最小的4個，最后對剩下的16個樣本求平均值。最后采用最小二乘法濾波對傳感器采集的512個樣本數(shù)進行濾波。

所述外部驅(qū)動模塊包括驅(qū)動電路和外部驅(qū)動，外部驅(qū)動包括泵、加熱器和電磁閥。由cpu處理完的信號傳入到驅(qū)動電路當中，首先先經(jīng)過光耦隔離，使被隔離的兩部分電路之間沒有電的直接連接，主要是防止因有電的連接而引起的干擾，特別是低壓的控制電路與外部高壓電路之間；光耦隔離后信號經(jīng)過三極管放大，進而驅(qū)動固態(tài)繼電器，一路固態(tài)繼電器經(jīng)由接觸器啟動380v三相電機；同時，另外一路固態(tài)繼電器直接控制加熱器和電磁閥。根據(jù)不同的故障原因進而啟動不同的模塊進行系統(tǒng)的修復：1、液位過高或者過低，相應地通過電機驅(qū)動模塊啟停泵；2、系統(tǒng)溫度過高或者過低，相應通過加熱模塊啟停加熱管；3、mbr膜通量過低，相應通過閥控制模塊控制閥開閉，進而實現(xiàn)對mbr膜的反沖洗以提高通量。

所述外部顯示與控制模塊包括顯示屏、無線接收器和報警器。顯示屏用于系統(tǒng)實時運行狀態(tài)和參數(shù)的檢測以及運行參數(shù)的輸入，通過主控模塊的故障診斷，顯示屏能實時顯示系統(tǒng)故障原因并通過報警器和蜂鳴器進行預警。顯示屏可通過無線接收器與手機進行相連，進而可實現(xiàn)手機遠程監(jiān)視和控制設備的運行。