学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于AVR的实时控制器设计及其在发酵过程中的应用

作　者: 牛睿
导　师: 刘飞
学　校: 江南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 实时控制 AVR 过采样 TWI总线 MODBUS协议 发酵过程
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 166次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


过程自动控制作为自动化技术的一个重要分支,近年来发展迅速。随着人们生活水平的日益提高,与人们生活密切相关的发酵、食品、纺织、造纸等轻化工程产业,已经成为研究和开发的热点。发酵过程是轻化工业的一个重要组成部分,由于微生物发酵过程机理复杂,影响因素较多,因此,对发酵过程进行自动控制的要求越来越迫切,采用计算机控制系统对发酵过程实施在线检测和有效的实时在线控制显得越来越重要。微电子技术的发展使单片机的性能不断提升,基于单片机的控制器,以低成本,高性价比,在各种控制现场得到广泛应用。本课题以轻化工程为应用背景,选用ATMEL公司的AVR系列单片机中的ATmega128和ATmega64,设计实现了基于AVR的实时过程控制器。本系统具有结构简洁、可靠性高、投资小的特点。本文以发酵过程为侧重点,围绕着系统的可靠性和实用性,详细描述了系统的硬件、服务程序的设计实现方案,并对控制算法进行探讨研究。本课题主要包括如下内容:(1)硬件设计。根据硬件需求进行处理器和外围器件的选型,设计印制电路板。本控制器由主控制板和显示控制板组成。主控制板以AVR的ATmega128为处理器。显示控制板采用ATmega64为处理器。控制器采用RS-232作为上位机和主控制板的物理层接口,主控制板与显示控制板之间的通信用AVR的TWI总线接口实现。(2)软件设计。根据功能确定总体框架,采用模块化的结构,集成发酵过程控制算法,实现完成数据采集、通讯、故障自检、输出控制等功能。在模拟量输入部分,设计采用过采样技术,利用编程将ATmega128单片机自带的10位AD转换器的精度提高到12位。发酵控制器与上位机通信采用MODBUS协议为应用层协议,对其在AVR的USART接口上的应用,结合控制过程需要进行了适当调整。主控制板主要功能是对自身捕获的信号以及由通信获得的数据进行分析和处理,并对异常和故障做出反应和处理。显示控制板主要功能是接收来自主控制器的输入信号,并根据主控制器指令进行相应的输出显示。(3)探讨和研究发酵过程控制算法,并在生物发酵实验平台上,对发酵控制器进行了测试和功能验证。通过制板、焊接、硬件及程序调试,控制器具有良好的可靠性和稳定性,能满足控制要求。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 过程控制的发展及现状  9-10
  1.2 单片机实时控制系统  10-11
  1.3 AVR 单片机的特性  11-12
    1.3.1 AVR 与几种常用单片机的比较  11-12
    1.3.2 ATmega128  12
    1.3.3 ATmega64  12
  1.4 AVR 单片机系统开发工具  12-13
    1.4.1 ICCAVR  13
    1.4.2 AVRstudio4  13
  1.5 发酵过程计算机控制  13-14
  1.6 本课题研究的意义和主要任务  14-15
第二章 控制器硬件设计  15-22
  2.1 控制器硬件总体设计  15
  2.2 主控制板设计  15-20
    2.2.1 复位电路和晶振电路  15-16
    2.2.2 JTAG 和ISP 接口  16-17
    2.2.3 掉电数据保护电路  17
    2.2.4 外部数据存储器  17-18
    2.2.5 模拟量I/O 通道  18-19
    2.2.6 数据量I/O 通道  19
    2.2.7 TWI 接口  19-20
    2.2.8 串行接口电路  20
  2.3 数据显示控制板设计  20-22
    2.3.1 复位电路、晶振电路与JTAG 接口  21
    2.3.2 参数显示电路  21
    2.3.3 辅助模拟量输入通道  21
    2.3.4 TWI 接口  21-22
第三章 控制器服务程序设计  22-47
  3.1 主控制板服务程序设计  22-45
    3.1.1 EEPROM 读写驱动  22-25
    3.1.2 模拟量I/O 通道服务程序  25-30
    3.1.3 TWI 通信  30-32
    3.1.4 数字量I/O 通道服务程序  32-35
    3.1.5 参数设置驱动  35-36
    3.1.6 ATmega128 与从控制器ATmega64 的TWI 通信  36-37
    3.1.7 上下位机串行通讯的实现  37-41
    3.1.8 Bootloader 下载  41-45
  3.2 显示控制板服务程序设计  45-47
    3.2.1 LED 数据显示  45
    3.2.2 TWI 从机接收驱动的实现  45-46
    3.2.3 模拟量输入处理  46-47
第四章 控制器在发酵过程中应用的总体方案  47-56
  4.1 实验平台  47
  4.2 功能划分  47-48
  4.3 硬件输入输出规划  48-50
  4.4 服务程序的处理  50-54
    4.4.1 显示的处理  51-53
    4.4.2 Modbus 消息帧应用定义  53-54
  4.5 调试  54-56
第五章 发酵控制算法研究  56-65
  5.1 发酵过程控制分析  56-57
  5.2 PID 控制  57-58
  5.3 串级控制  58-59
  5.4 模糊控制  59-65
    5.4.1 实测量基于二进制数的数据预处理  60
    5.4.2 输入模糊化  60-61
    5.4.3 规则库的制定  61-62
    5.4.4 基于二进制数的模糊子集的推理  62-65
第六章 总结与思考  65-66
  6.1 总结  65
  6.2 思考  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录A：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  70-71
附录B：主控制实验板  71-72
附录C：主控制最小板  72-73
附录D：显示控制板  73-74
附录E：控制器实物图  74

相似论文

  1. 基于∑-Δ调制的水声信号发射机研究,TN761
  2. 单片机AVR运用开发,TP368.12
  3. 基于Modbus协议的医用气体压力集散监测系统开发,R197.39
  4. 基于滑模观测器的环形倒立摆控制系统的设计与实现,TP13
  5. 离心压缩机监控系统的设计与应用,TP277
  6. 基于语言转换的嵌入式软PLC系统的研究与设计,TP273
  7. 蛋白酶A敲除对工业啤酒酵母生理代谢和发酵的影响,X792
  8. 研究金属有机物化学气相沉积设备控制系统,TN304.055
  9. 基于AVR单片机的真空度在线检测系统研究,TM561.5
  10. 干式空心电抗器匝间绝缘检测系统仿真与实验,TM47
  11. 放电等离子体污水处理智能测控系统的研究,X853
  12. 毫米波探测器的信号分析与处理器设计,TN911.6
  13. 多品种小批量环境下基于均衡生产的控制方法研究与应用,TH186
  14. 工业无线监控终端的研究与开发,TP277
  15. 基于RBF-ARX模型的非线性系统建模和预测控制在磁悬浮系统中的应用,TP13
  16. 基于DSP的有源电力滤波器控制的研究与设计,TN713.8
  17. 基于ModbusRTU及Web的生态厕所控制系统研究,TP273
  18. 基于μC/OS-Ⅱ的以太网与RS485通信网关的研究与实现,TP273.5
  19. 基于AVR的蓄电池化成监控系统的研究与设计,TM912
  20. 快速闸门卷扬启闭机智能集控系统的设计与研究,TV664
  21. 泡沫式节水生态厕所电子系统故障诊断方法研究,TP273

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
© 2012 www.xueweilunwen.com