基于ARM的污水处理PH值控制系统设计

摘要

随着工业的飞速发展和城市人口的疾速增长,大量工业和生活污水的处理问题日益受到人们的关注。污水pH值控制是污水处理的重要环节,污水的酸碱中和过程是一个非线性、大时滞的变化过程,使得pH值控制成为了污水处理的控制难点。目前,国内污水处理pH值控制技术相对落后,自动化水平低,因此,开发出具有良好控制效果、易于实现的智能化pH值控制系统具有重要的现实意义。
　　本文针对污水处理的pH值控制问题,基于嵌入式技术与PID控制算法,开发设计了一种基于ARM污水处理pH值控制系统。通过采用ARM处理器技术,不仅解决了成本高、效率低及精确率低等问题,还解决了系统升级、软硬协调等难题。此外,采用七段式 ID控制算法,把一个非线性控制系统校正成了一个线性控制系统,解决了pH值控制过程的非线性难题。
　　本文在污水处理pH值控制过程理论分析的基础上,结合改进的数字PID控制算法与二区段非线性调节器,提出了七段式变增益PID控制算法。利用Matlab软件对该算法及常规的PID控制算法进行了仿真对比分析,经仿真研究表明七段式变增益PID控制算法在污水处理pH值控制系统中获得了良好的控制效果,是一种较为理想的智能性控制方案。系统的控制单元采用三星公司的ARM S3C6410微处理器,硬件设计主要完成pH值传感器与pH值变送器选型工作和电源管理模块、DAC模块、串行通信模块、电机驱动模块等功能模块的设计;软件设计主要完成了linux实时操作系统的移植,设计编写了相应的硬件驱动程序和七段式变增益PID控制算法程序。
　　本文设计的污水处理pH值控制系统很好的克服了pH值非线性难题,达到了pH值控制要求,具有很大的社会效益和经济效益,可以在我国的污水处理方面发挥重要的作用。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究目的与意义

1.3 国内外研究现状与发展趋势

1.4 论文研究的主要内容与创新

第2章 嵌入式系统与ARM技术

2.1 嵌入式系统

2.2 ARM技术

第3章 系统过程分析与总体方案设计

3.1 pH值定义及其中和过程

3.2 污水处理中和过程机理及特点分析

3.3 污水处理pH值控制系统总体方案设计

第4章 污水处理控制算法选取与系统仿真

4.1 常规PID控制算法

4.2 七段式变增益PID控制算法

4.3 基于Matlab系统仿真

4.4 本章小结

第5章 系统硬件设计与实现

5.1 系统硬件整体设计方案

5.2 pH值传感器

5.3 pH值变送器

5.4 电源管理模块

5.5 S3C6410开发板

5.6 DAC模块

5.7 串行通信模块

5.8 电机驱动模块

5.9 本章小结

第6章 系统软件设计与实现

6.1 软件设计方案

6.2 软件开发基本流程与特点

6.3 软件开发环境

6.4 软件开发模块

6.5 本章小结

第7章 结论

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献