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基于无线数据通讯的智能保暖裤温度控制系统的设计与研究

作 者: 杨卫星
导 师: 薛天宇
学 校: 北京服装学院
专 业: 机械电子工程
关键词: 温度控制 无线通信 PID 参数自整定 线程拆分
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 10次
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内容摘要


康健保暖裤是专门为下肢肢残人士设计的一款功能性服装,采用主动供热方式实现加热和保暖功能。完成主动加热功能的温度控制系统是本文研究的对象,目前该温度控制系统完成了Ⅰ型机的研制,已经投入实验运行。Ⅱ型机的总体设计方案、电路图设计和软件方案设计已经基本完成。本文第三章关于无线数据收发的实现是为Ⅱ型机的无线通信所做的前期研究。无线数据通讯方面,在对无线数据发送芯片工作模式和发送协议分析的基础上,通过配置使芯片工作在PTX和PRX模式,在点对点单项通信的基础上设计了RX TX模式的双向通信。根据项目要求,为了使系统能够快速响应并达到相应的控制精度,本文采用的是开关温度控制和PID控制相结合的控制算法,这种方法在一定程度上避免了积分饱和现象的出现;另外,在PID算法的实现中,本文进行了PID参数在线自校正功能的研究,并编程实现了该算法。系统程序设计方面,本文从多任务调度的角度进行了分析,通过对进程的划分和线程拆分方式的考虑,采用“前向分支”原则对系统程序的总体调度进行了设计,并通过设置同步定时间隔的方式实现了不同任务不同优先级的设计,这样的设计使得CPU按照不同任务需要不同的服务频度进行服务时间的分配,取得了良好的效果。最后,本文在Ⅰ型机的基础上采用三种不同的控制算法进行了实验,对实验数据和曲线进行了分析。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题研究的背景  9
  1.3 课题研究的目的和意义  9-10
  1.4 课题研究的现状  10-12
  1.5 论文的总体结构  12
  1.6 本章小结  12-13
第2章 系统总体设计方案  13-19
  2.1 系统设计要求  13
  2.2 Ⅰ 型机整体设计方案  13-15
  2.3 Ⅱ 型机手持控制单元设计方案  15-16
  2.4 Ⅲ 型机加热控制单元设计方案  16-17
  2.5 控制算法设计  17-18
  2.6 本章小结  18-19
第3章 无线数据收发的设计与实现  19-33
  3.1 nRF24L01 概述  19-22
    3.1.1 nRF24L01 和Atmega128 的连接  20
    3.1.2 Enhance ShockBurstTM 协议  20-21
    3.1.3 RF 收发器工作模式  21-22
  3.2 单向通信的实现  22-25
    3.2.1 主发送模式PTX 配置  22-24
    3.2.2 主接收模式PRX 配置  24-25
  3.3 无线双向通信  25-32
    3.3.1 RX(?)TX 模式双向通信  26
    3.3.2 同步信号  26-27
    3.3.3 载波侦测  27
    3.3.4 手持控制单元通信流程图  27-30
    3.3.5 加热控制单元通信流程图  30-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章 控制算法的分析与实现  33-44
  4.1 温度控制技术的发展  33
  4.2 开关控制  33-34
  4.3 PID 控制的基本理论  34-35
  4.4 常规PID 算法  35-37
    4.4.1 位置式PID 控制算法分析  35-36
    4.4.2 增量式PID 控制算法分析  36-37
  4.5 PID 算法的积分饱和现象及其抑制  37-38
  4.6 智能控制与PID 参数自整定  38-42
    4.6.1 智能PID 参数自整定方法综述  38-40
    4.6.2 智能PID 参数在线自校正的设计与实现  40-42
  4.7 系统总体加热控制方案  42-43
  4.8 本章小结  43-44
第5章 系统软件总体设计方案  44-58
  5.1 线程拆分方案  45-51
    5.1.1 线程拆分方法概述  46-48
    5.1.2 系统软件整体调度模型  48-51
  5.2 人机交互的设计  51-55
    5.2.1 人机交互状态转换分析与设计  51-53
    5.2.2 人机交互状态转换屏幕显示设计  53-55
  5.3 本温度控制系统的整体调度设计  55-57
  5.4 本章小结  57-58
第6章 实验实测数据分析  58-62
  6.1 全功率加热实验结果及分析  58-59
  6.2 人工PID 参数整定控制实验结果及分析  59-60
  6.3 参数自整定PID 控制实验结果及分析  60-61
  6.4 本章小结  61-62
第7章 总结与展望  62-64
  7.1 总结  62
  7.2 展望  62-64
参考文献  64-67
附录  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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