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味精生产中分批补料嵌入式控制系统的研究

作　者: 王美艳
导　师: 熊聪聪
学　校: 天津科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 谷氨酸发酵分批补料人工神经网络数据传输设备驱动
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本课题的研究内容“味精生产中分批补料嵌入式控制系统的研究”是国家科技支撑项目“年产10万吨味精清洁生产技术集成(应用)示范项目”的一个子课题。谷氨酸发酵是一个典型的多变量、强耦合、非线性的工业过程,一直以来对于发酵生产过程中起重要作用的补料量控制多是靠操作人员的经验和知识来进行,这要受操作人员的能力、素质和专业知识等的影响,控制性能因人而异,且差别很大。近年来,建立在专家知识和计算机基础之上的人工智能技术、模糊推理技术等在许多生物过程中得到了实际应用。本文提出了一种基于嵌入式发酵控制系统的实现方案,并结合人工神经网络建立谷氨酸发酵过程中分批补料的预估模型,实现了谷氨酸发酵中分批补料的控制。针对谷氨酸发酵过程的复杂性和非线性,利用人工神经网络建立谷氨酸发酵过程中关于补料量的动态数学模型。该嵌入式控制系统采用TQ2440ARM开发板作为核心控制板,基于嵌入式QT4平台建立发酵过程预估模型,并通过CC1100无线数传模块或串口将补料量发送至补料执行模块(51单片机系统),由单片机系统完成补料的定时及补料蠕动泵的驱动,从而实现分批补料的控制。无线数据传输受传输距离限制,串口传输数据又有现场布线的问题,所以该控制系统提供无线和串口两种数据传输方式,方便用户选择。单个核心控制板可同时控制多路前端执行模块,扩大控制规模即增加控制模块只需简单修改核心控制板程序,使得整个系统非常易于扩展。实验表明,该模型能够准确地预估谷氨酸发酵中的补料量,且该控制系统数据传输稳定。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 发酵过程补料控制现状  9-11
    1.2.1 发酵中分批补料概况  9-10
    1.2.2 分批补料优化控制研究现状  10-11
  1.3 本课题的主要研究内容及意义  11-12
2 基于BP神经网络的分批补料控制模型构建  12-25
  2.1 人工神经网络基础  12-15
    2.1.1 神经细胞和人工神经网络模型  12-13
    2.1.2 人工神经网络的分类及学习  13-15
  2.2 BP神经网络的基本思想  15-21
    2.2.1 BP算法的推导  15-18
    2.2.2 BP网络的学习计算步骤  18-20
    2.2.3 BP网络的优缺点及改进  20-21
  2.3 BP神经网络在发酵中建模  21-24
    2.3.1 分批补料的主要控制参数  21-22
    2.3.2 BP神经网络在发酵实验中的具体应用  22-24
    2.3.3 结论  24
  2.4 本章小结  24-25
3 嵌入式发酵过程控制系统的硬件设计  25-36
  3.1 系统硬件的组成部分  25-29
    3.1.1 TQ2440开发平台  25-28
    3.1.2 单片机开发平台  28-29
  3.2 硬件电路的构成及整体结构图  29-33
    3.2.1 硬件电路的构成  29-32
    3.2.2 硬件设计整体结构图  32-33
  3.3 ARM与单片机连接方案  33-35
    3.3.1 CC1100与S3C2440的接口电路  33-34
    3.3.2 CC1100与单片机的接口电路  34-35
  3.4 本章小结  35-36
4 嵌入式发酵过程控制系统中软件设计与实现  36-62
  4.1 Linux环境的搭建  36-43
  4.2 发酵图形控制界面  43-45
    4.2.1 图形界面框图及功能  43
    4.2.2 图形界面  43-45
  4.3 发酵中BP算法的程序实现  45-53
    4.3.1 发酵数据的预处理  46
    4.3.2 BP算法的程序实现  46-51
    4.3.3 BP算法预估结果  51-53
  4.4 串行通讯的实现  53
  4.5 CC1100实现无线通讯  53-61
    4.5.1 CC1100的主要特性  54
    4.5.2 CC1100的SPI驱动设计  54-58
    4.5.3 CC1100驱动的编译调试  58-59
    4.5.4 CC1100驱动测试  59-61
  4.6 本章小结  61-62
5 调试  62-66
  5.1 U_BOOT烧写  62-63
  5.2 烧写linux内核和文件系统  63-64
  5.3 软件的调试  64-65
    5.3.1 Linux内核的调试  64-65
    5.3.2 Linux应用程序的调试  65
  5.4 本章小结  65-66
6 总结与展望  66-68
  6.1 论文工作总结  66
  6.2 研究展望  66-68
7 参考文献  68-73
8 发表论文情况  73-74
9 致谢  74

味精生产中分批补料嵌入式控制系统的研究

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