单片机智能控制药材灭菌设备的应用研究

摘要

本课题根据西藏奇正藏药股份有限公司2007年申报的国家“十一五”科技支撑计划项目“有关中藏药生产关键技术的集成创新的课题”的要求，通过分析藏药药材灭菌的工艺特点和工艺要求，了解灭菌过程中所需控制的主要参数，研究影响生产效率的主要参量，把模糊控制技术、计算机技术和传感器技术应用到藏药药材灭菌设备的设计与研制中，开发了灭菌模糊智能控制系统。
　　本文在国内外学者对蒸汽灭菌控制系统的研究基础之上，通过比较同类型的灭菌设备，确定以PIC16F877单片机为核心芯片，并结合模糊智能控制算法，研制开发一种具有较高精度、较佳品质、较低成本的智能灭菌控制系统。通过控制灭菌温度、压力和时间等主要参数，可以对棒状、颗粒状、条状等多种形状的药材进行有效且快速地灭菌。
　　本文主要做了如下几方面的工作:一是灭菌控制系统总体方案的确定。主要分析了构成灭菌设备的每个系统需要测控的参量，需要实现的技术指标，并给出了系统主要硬件的型号;二是系统软件部分的设计。主要包括控制系统主程序及数据采集子程序的开发设计，模糊控制子程序的设计，模糊控制器的设计以及模糊控制算法的实现。三是进行系统的模拟仿真分析。利用MATLAB对模糊控制系统进行了仿真，并结合仿真的结果对系统参数进行了优化，使得模糊控制器具有良好的动态性能、稳定性。
　　最后，将本文所设计的硬件、软件系统全部应用到某台蒸汽灭菌设备中，并进行实验。实验结果表明，系统对温度和压力的控制非常精确，同时使多种不同药材都达到了很好的灭菌效果。

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 课题的研究现状

1．2．1 温度压力灭菌设备的研究现状

1．2．2 温度控制技术的研究现状

1．3 模糊控制理论

1．3．1 历史应用回顾

1．3．2 模糊控制理论研究与进展

1．4 课题主要研究内容

1．5 本章小结

第2章 灭菌控制系统总体设计

2．1 系统总体分析

2．1．1 热循环系统

2．1．2 蒸汽锅炉系统

2．1．3 物料输送系统

2．1．4 设备监测系统

2．2 系统总体结构

2．3 硬件选择

2．4 单片机与液晶显示器的连接

2．4．1 LCD显示器结构和原理

2．4．2 点阵字符液晶显示器与单片机连接

2．5 本章小结

第3章 灭菌系统软件和模糊PID控制

3．1 灭菌系统软件

3．1．1 控制系统主程序流程

3．1．2 温度数据采集子程序

3．2 经典PID控制

3．3 模糊控制算法及其基本原理

3．4 模糊PID控制器的设计

3．5 MATLAB中模糊PID控制系统的建立

3．5．1 仿真软件简介

3．5．2 模糊控制器的创建

3．5．3 模糊PID控制仿真系统的建立

3．6 本章小结

第4章 灭菌控制系统仿真及试验分析

4．1 模糊控制器与Simulink的连接

4．2 灭菌温度控制系统仿真

4．2．1 仿真结果

4．2．2 应用效果

4．3 药材灭菌试验

4．3．1 试验药材简介

4．3．2 试验药材的工艺条件及试验数据

4．3．3 结论

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 部分程序清单