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摘要：
为了实现电镀废水处理全过程自动化控制，设计出一套基于ADSP－BF537和ARM架构的电镀废水处理自动化控制系统。详细阐述了控制系统的硬件设计流程及基于VisualDSP＋＋4．5平台的软件设计流程。通过仿真和应用试验，对电镀废水自动化控制系统的性能进行测试与评价。结果表明：设计的电镀废水处理自动化控制系统性能优良，达到预期要求，对电镀废水的处理效果理想。
关键词：
自动化控制系统；电镀废水；重金属；DSP
0前言
自动化程度低是目前电镀废水处理系统普遍存在的问题［1－2］。为了实现电镀废水处理全过程自动化控制，设计出一套基于ADSP－BF537和ARM架构的电镀废水处理自动化控制系统。首先介绍了电镀废水处理自动化控制系统的总体结构和技术指标，然后阐述了控制系统的硬件设计流程和软件设计流程，最后通过仿真和应用试验对控制系统的性能进行了测试与评价。
1总体结构和技术指标描述
1．1总体结构
电镀废水处理自动化控制系统包含重金属离子浓度采集、时钟电路、数据通信、复位电路、程序加载、AD电路和主控电路等模块。作为控制系统核心的DSP信息处理模块，用于信息采集和数据感知，并作为控制系统的数据输入，供DSP信息处理单元实施远程控制和指令执行。选用TI公司生产的ADSP－BF537作为主控电路模块的集成DSP芯片。集成控制电路提供EPROM、SDRAM和主机接口（EHPI），I2C总线传感器通过敏感元件和换能器实现信号采集。电镀废水处理自动化控制系统的控制中心单元是系统中枢神经。它通过四通道的特征信息处理将控制系统的两个DC－DC电源转换模块转换成12V电压，并且ADC将模拟信号转换成DSP可以处理的并行数据。AD转换器中需要考虑分辨率、转换速率等因素。AD模块主要完成模拟信号向数字信号的转换，经DSP处理后的数据被输送至DA转换模块。综上分析，本文设计的电镀废水处理自动化控制系统通过传感器模块进行信息采集，并经过AD数模转化和DSP控制电路处理，实现对电镀废水的自动分离和监测控制。
1．2技术指标和模块功能描述
本文设计的电镀废水处理自动化控制系统具备电镀废水中重金属离子类别和浓度检测、电镀废水自动加药处理和电镀废水去污排废等功能，适用于不同类型的电镀废水处理，能够高效去除污染物和重金属等有害成分。以含铬电镀废水为例，应用电镀废水处理自动化控制系统，通过自动加药控制，同时采用铁氧技术使铁离子和铬离子产生氢氧化物沉淀，促使铬离子价态转变，消弱危害性。另外，还可通过电解法电解分离出含铬电镀废水中的重金属等有害成分，并经过滤实现重金属的去除与回收［3］。
2硬件设计
电镀废水处理自动化控制系统的硬件除了主要控制部件（如MCU、DSP、EMPU和SOC等）外，还包括LM1117－33动态增益控制模块。动态增益控制模块用于提高重金属离子的吸附和交换能力，实现重金属的去除与回收。
2．1时钟电路设计
电镀废水处理自动化控制系统中，AD模块主要完成模拟信号向数字信号的转换，采集重金属离子浓度等数据信息。设计的控制系统要求输出端具有稳定控制输出，为此，专门设计时钟电路。图2为时钟电路原理图。针对电镀废水的特性，时钟电路内核频率设定最高为170Hz，I／O电压设定为3．1V。选用SRAM进行数据存储，并在液晶显示模块中进行人机交互。时钟电路作为电镀废水处理自动化控制系统的基础，用以实时监测重金属离子的浓度和类别。利用附带的时钟振荡器所产生的电磁辐射，实现对重金属离子电磁絮凝和生物吸附［4］。
2．2上电加载电路设计
在时钟电路基础上，设计上电加载电路。图3为上电加载电路原理图。采用ADSP－BF537引导装载进行电镀废水处理自动化控制系统的闪电加载。TMS320VC5509A芯片内置64kbytesROM，地址范围FF0000h－FFFFFFh，通过并行外部存储器接口EMIF进行数据通信。上电加载电路设计I2C加载模式，以采集到的电镀废水数据信息作为识别数字信号，使用256kbit串行CMOSEEPROM加载I2CEEPROM。电镀废水处理自动化控制系统的高速存储单元自动增加内部地址计数器，实现对AD采样数据连续读取。
2．3复位电路设计
为了确保电镀废水处理自动化控制系统稳定运行，设计复位电路。复位电路采用ADM706微处理器监控芯片，通过1．25V门限检测器对加药量进行自动门限控制，在输出端设置独立看门狗输出，同时具备加药过量等故障报警和低电池检测等功能，通过控制中和反应和沉淀进程，平衡重金属离子的浓度，调节电镀废水的PH值。
2．4程序加载电路设计
在时钟电路、上电加载电路和复位电路的基础上，设计程序加载电路。上电复位或软件复位后，采用嵌入式ARM控制芯片，从外部16位存储器中连续读取0x00字节的主机引导程序，对电镀废水处理过程进行自动化控制。在VISUALDSP＋＋的集成开发环境中，通过工具loader实现对电镀废水处理自动控制程序的烧写和引导。设定PLL＿LOCKCNT寄存器进行控制程序时钟采样，通过AD转换模块和动态增益控模块进行系统集成设计。另外，设定PLL＿LOCKCNT寄存器进行控制程序时钟采样，在控制执行单元设计误差补偿器，将电镀废水处理自动化控制系统稳态误差控制在较小幅度，实现信号接入、电源输出和出水量自动控制。程序加载电路采用数字电源和模拟电源进行LCD接口设计，监测结果回传至控制系统ARM主控系统，采用DA转换电路实现对系统智能调节。程序加载过程中，DSP作为主机，AT25HP512作为从机，VSS和VCC分别接地和接3．3V电源。电镀废水处理自动化控制系统硬件设计除了时钟电路设计、上电加载电路设计、复位电路设计和程序加载电路设计外，还包括电源设计、CAN通信电路设计和DA电路设计。电源设计的目的是提供运放供电的±12V电压，将DSP板的±12V电压通过总线得到稳定电压。CAN通信电路设计采用ADUM1201进行电气隔离，并采用PCA82C250系统作为CAN总线驱动器。DA电路设计采用AD5545D／A转换芯片，其输出范围达±15V，并且具有0．5μs建立时间实现数据采样和数模转换。
3软件设计
结合电镀废水处理自动化控制系统的功能要求，基于VisualDSP＋＋4．5平台进行控制系统软件设计。软件设计的主要功能是通过编写控制函数对重金属离子的类别和浓度进行监测，并通过数模转换对废水排放指标进行分析和控制。监测结果若显示电镀废水中重金属离子浓度符合排放标准，则执行自动排放程序。执行程序通过液晶显示界面实现人机交互。软件设计中，首先进行系统初始化，包括电镀废水监测同步串口初始化、CAN同步通知初始化和时钟初始化。然后设定PLL＿LOCKCNT寄存器，锁相环输出频率为600MHz，控制系统的内核时钟600MHz，使用CAN的接收中断，实时监测电镀废水中重金属离子的类别和浓度，通过生物吸附和加药控制，并采用离子交换处理，确保经处理的电镀废水符合排放标准。
4仿真测试
为了测试电镀废水处理自动化控制系统的性能，进行仿真。运用WIN32API函数CreateFile（）建立电镀废水中重金属离子浓度的生成函数，通过DeviceIoControl（）、ReadFile（）和WriteFile（）函数分别控制电镀废水处理自动化控制系统的DSP主机、文件读取和程序写入，在CVI参数面板上设定所需控制的参量。利用DSP监测重金属离子的浓度，在控制输入面板中输入电镀废水流量和排废浓度阈值等信息参量，对电镀废水处理全过程实施自动控制。控制过程中，向中控系统AD5545发送0x3FFFF，等待200000条nop指令后进行时隙延时，等待主控系统分析结果。依据获取的电镀废水成分和重金属离子浓度数据信息，进行两路DA数据转换控制，并智能采用离子交换、化学沉淀或生物絮凝等处理方法，实现有害成分的去除及重金属的去除和回收［5－6］。
5应用评价
在仿真测试的基础上，应用本文设计的电镀废水处理自动化控制系统进行电镀废水处理，通过试验考察控制系统的性能。以重金属离子的去除率为指标，与当前应用电镀废水处理系统的处理效果进行比较。本文设计的电镀废水处理自动化控制系统对电镀废水的处理效果优于当前应用的电镀废水处理系统的处理效果，达到预期要求，电镀废水中重金属离子的去除率更高，更符合排放标准。
6结论
针对当前应用的电镀废水处理系统普遍存在的问题，设计出一套基于ADSP－BF537和ARM架构的电镀废水处理自动化控制系统。该控制系统性能优良，达到预期要求，对电镀废水的处理效果理想。
作者：黄玉萍 杨怀磊 单位：郑州旅游职业学院信息工程系
参考文献：
［1］陆文忠，许灵群，李国平．电镀废水处理自动控制技术的应用［J］．能源环境保护，2003，17（2）：38－40．
［2］马小隆，刘晓东，周广柱．电镀废水处理存在的问题及解决方案［J］．山东科技大学学报：自然科学版，2005，24（1）：107－111．
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［4］胡翔，陈建峰，李春喜．电镀废水处理技术研究现状及展望［J］．新技术新工艺，2008（12）：5－10．
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