商用冷水机组控制系统主要采用PLC控制器结合触摸屏实现就地控制,并通过RS485总线或以太网和上位机实现远程通信。但PLC控制器成本高,硬件组态灵活性弱。同时远距离布线存在穿线复杂、维护不便、费用高的问题。采用PLC控制器的商用冷水机组通常采用电子膨胀阀驱动器控制电子膨胀阀,由于不同品牌的驱动器与PLC连接方式、通讯协议不一致,增加设计繁杂度,同时驱动器价格昂贵,存在控制系统性价比低的问题。本文旨在设计一款基于嵌入式STM32F407VET6的低成本、高可靠性冷水机组控制器,实时采集冷水机组运行数据和控制机组稳定运行,直接驱动电子膨胀阀实现过热度的稳定控制。控制器通过触摸屏实现人机交互,采用通信距离远,无流量费用的Lo Ra模块实现和监控中心的无线通信。本文的工作有以下几个方面:(1)掌握冷水机组组成和工作原理,完成控制系统需求分析和总体方案设计;查阅并研究过热度控制算法。根据蒸发器模型的非线性和时变性特点,提出带输出补偿的模糊控制算法,通过Simulink仿真软件对蒸发器过热度控制过程进行仿真实验,结果表明在变工况环境下,带输出补偿的模糊控制超调量比PID控制小10%,上升时间和调节时间比模糊控制缩短100s。(2)在控制器硬件设计上,围绕高可靠性和低成本的要求,以STM32F407VET6芯片为核心,结合滤波、信号隔离、接地、浪涌保护等抗干扰技术,完成电源、RS485、Lo Ra、AI、DI/DO、电子膨胀阀驱动等模块的电路设计。采用功能分块、信号分类思想进行PCB布局布线,有效抑制信号间干扰,提高控制器抗干扰性能。(3)在控制器软件设计上,为保证实时性,移植μC/OS-II实时操作系统,构建软件总体框架,完成μC/OS-II下的数据采集、Modbus通信、Lo Ra通信、开关机、能级控制、过热度控制、故障检测等任务的程序开发。为实现远程监控,基于.NET平台、SQL Server数据库、C#语言搭建上位机监控平台,实现对冷水机组参数设置、信息交互,历史数据查询。(4)在控制器功能测试上,本文对控制器进行开关量输入输出、模拟量测量精度、Modbus通信、Lo Ra通信等功能测试以及静电放电、电快速瞬变脉冲群、浪涌3项抗扰度测试。结果表明,控制器控制量输出和Modbus通信正常、电流测量精度达0.05m A、温度实际测量精度达0.2℃;在传输速率≤9600bps,通信距离≤75m,5层实验大楼内Lo Ra通信正常。控制器在抗扰度项目测试中达到3级抗扰度要求,满足工业现场使用要求。