可程式恒温恒湿控制器的设计与实现

摘要

农业育种、工业生产、设备测试和人们的日常生活都与温湿度控制有着极其密切的关系，而温湿度控制器在这些过程中扮演着非常重要的角色。目前，这类控制器多采用单片机结合数字或模拟类传感器组成硬件平台，这类温湿度控制器功能简单，通常只能对被控对象进行温湿度定值单段控制，无法根据对象要求进行温湿度工艺曲线在线编程以实现多种方式的温湿度控制。
　　本文针对温湿度设计其可程式控制器，系统核心以ARM为硬件平台，选择Linux作为嵌入式系统，利用QT搭建人机交互界面，并通过基于继电反馈的PID自整定策略完成了控制器的设计。本文所做主要工作如下：
　　（1）完成了控制器的硬件选型及硬件电路设计，包括主板核心控制器的选择、人机交互电路及存储电路设计，I/O板A/D采集放大电路、RS485隔离通信电路、数字/模拟输入输出等电路设计；
　　（2）完成了干湿球法进行温湿度测量的原理分析，并根据原理完成了温湿度测量转换的软件算法设计；
　　（3）完成了基于继电反馈自整定PID控制策略的设计，并将算法集成到嵌入式系统中，具有较好的控制效果；
　　（4）完成了基于QT的人机交互界面设计，包括启动界面、主界面、主控显示界面、曲线显示界面、操作设定界面、程式设定界面、屏显设定界面、出厂设置界面8个主要界面，并采用多线程编程的方式实现了控制器的软件设计。
　　通过对本课题的研究，设计出了一套适合多个行业、具有通用性可编程的智能温湿度控制器，给出了基于继电反馈 PID自整定温湿度控制策略，在智能仪表领域具有重要意义。同时，由于仪器的可编程通用特性使得生产工作效率和产品质量得到了提高，节约了社会资源，从而提高了用户的经济和社会效益。

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第1章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 温湿度控制器的总体方案设计

2.1 系统功能需求分析和总体框图

2.2 传感器选型

2.3 干湿球法原理

2.4 PID控制算法

2.5 基于继电自整定温湿度控制策略

2.6 本章小结

第3章 温湿度控制器硬件设计与实现

3.1 硬件总体设计方案

3.2 主板核心系统设计

3.3 人机交互电路

3.4 SD卡及USB-HOST电路

3.5 RS485通信电路

3.6 I/O板核心系统设计

3.7 温湿度采集电路

3.8 数字/模拟输入电路

3.9 数字/模拟输出电路

3.10 电源电路

3.11 本章小结

第4章 温湿度控制器软件设计与实现

4.1 嵌入式操作系统

4.2 搭建软件开发环境

4.3 软件总体设计

4.4 基于QT人机交互界面与功能实现

4.5 通讯软件设计

4.6 本章小结

第5章 可程式温湿度控制器系统调试

5.1 测试方案与耦合分析

5.2 温度整定与测试

5.3 湿度整定与测试

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

致谢

参考文献