基于ARM的萘提纯装置温度控制仪表的研制

摘要

在使用结晶法提纯工业萘获得精萘的生产过程中，温度是最重要的参数，决定着产品的质量。依靠经验和人工操作进行温度控制，往往不能实现萘提纯工艺要求，效率低、得料率不稳定。萘提纯温度控制设备的自动化改造升级已成为当务之急。 结合某化工厂生产设置升级发行的需要，本文讨论了基于嵌入式系统技术的荼提纯温度控制仪表的设计。首先分析了萘及其提纯工艺，描述了具体的工艺流程；在对温度控制系统的应用需求做出分析的基础上，选择以智能仪表替代原有人工操作仪表的控制系统改造方案；提出了萘提纯温度控制仪表的功能要求和性能指标，讨论了该仪表的电路结构和系统组成、硬件和软件设计平台和相关开发技术等问题；设计了仪表硬件电路，包括以ARM微控制器LPC2138为核心的最小系统、存储模块、测量控制模块、人机接口模块、串口模块、和电源模块等，并结合抗干扰要求完成线路板布线设计和制作；提出仪表软件的总体设计方案，采用分层设计的方法，在μC/OS-Ⅱ操作系统平台的基础上，编制了参数测量、输出控制、人机交互与显示、数据通信、数据记录等功能模块，实现了积分分离的PID算法和温度测量控制功能。模拟调试和现场实验的结果表明，仪表设计达到预期目标，能够满足萘提纯温度控制的应用要求。最后，对本文研究开发工作做了总结并对今后研究开发工作提出了建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 萘及其提纯

1.2 课题的提出

1.2.1 课题背景

1.2.2 改造方案

1.3 本文的研究内容与结构安排

第二章 系统设计

2.1 控制系统结构

2.1.1 工艺流程

2.1.2 温度控制系统

2.1.3 执行机构与传感器

2.2 仪表总体设计

2.2.1 设计流程

2.2.2 功能设计

2.3 开发相关技术与条件

2.3.1 微控制器

2.3.2 嵌入式操作系统

2.3.3 开发调试环境

第三章 仪表硬件设计

3.1 硬件结构

3.2 最小系统

3.2.1 LPC2138简介及资源分配

3.2.2 调试接口

3.2.3 复位电路

3.3 存储模块

3.3.1 存储器件选择

3.3.2 存储电路

3.4 测量控制模块

3.4.1 A/D采样电路

3.4.2 输入信号处理电路

3.4.5 输出控制电路

3.5 人机接口模块

3.5.1 显示模块

3.5.2 按键模块

3.5.3 报警电路

3.6 串口模块

3.7 电源模块

3.8 PCB设计与抗干扰

第四章 仪表软件设计

4.1 软件总体设计

4.2 启动代码

4.3 驱动设计

4.3.1 A/D芯片驱动

4.3.2 SD卡驱动

4.3.3 串口驱动

4.3.4 LCD驱动

4.4 μ C/OS—Ⅱ操作系统的移植

4.4.1 内核结构与系统调用

4.4.2 移植条件与步骤

4.5 应用层设计

4.5.1 文件系统

4.5.2 GUI接口函数

4.5.3 任务划分

4.5.4 控制算法

4.5.5 菜单实现

第五章 调试与实现

5.1 仪表调试

5.2 功能实现

5.3 温度控制应用

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

作者在学期间发表的论文清单

附录A 现场及实物图