焓差实验室测控系统的设计与实现

摘要

现代建筑使用越来越多的高密封性建筑材料，使得室内空气质量状况不断下降。新风换气系统得到越来越广泛应用。新风换气系统各项参数指标，对于科研及产品性能具较高的参考价值，一般通过焓差实验室测试获取。普通焓差室无法用于新风换气机的性能测试，因此有必要构建能够用于新风换气机测试的焓差实验室。焓差实验室测控系统的性能直接影响了实验数据的可靠性及准确性，同时性能优越的测控系统使得科研活动变的方便而有效。
　　本课题以某学院在建焓差实验室项目为平台，以科研、实用和经济为目的，对焓差实验室的测控系统进行了设计实现，并采用了方案比较分析的方法，对以下内容进行了设计与实现:对焓差实验室的工作原理及结构进行分析和研究，根据实验室的特点对测控系统的架构体系进行分析设计。系统架构采用了分散控制、集中管理的设计思想;课题采用了嵌入式控制器方案，并根据系统功能需求对嵌入式控制器的软硬件进行了设计和实现，同时利用LabVIEW开发上位机软件;采用多线程的软件设计方案实现控制器多任务处理，这不仅能够提高程序的运行效率同时能够增加系统的可靠性;吸收结合CAN和Modbus协议两者的特点，设计了适用于嵌入式控制器与上位机之间的通信协议;通过对房间温度控制模型的分析，分析比较现有算法，提出采用模糊PID控制算法。并对普通PID和模糊PID的控制效果进行了仿真对比，从仿真结果可看出模糊PID的优越性。
　　课题采用以ARM9为核心的硬件基础，以Linux操作系统为平台，并结合LabVIEW图形编程软件实现了焓差实验室测控系统的设计。为焓差实验室提供了高效、可靠、方便、经济的测控系统解决方案，这对于系统方案的推广应用和科学研究具有重要的意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题的背景及意义

1．3 焙差实验室测控系统发展现状

1．4 本章小结

第2章 焓差室检测原理及测控方案设计

2．1 实验室概述

2．2 检测原理

2．3 实验室系统结构

2．3．1 系统结构

2．3．2 测试设备及工况描述

2．3．3 主要设备

2．3．4 技术规格

2．4 测控系统概述

2．5 系统架构设计

2．6 系统架构各层功能分析及器件选择设计

2．6．1 现场设备层

2．6．2 过程控制层

2．6．3 操作管理层

2．6．4 系统通信架构设计

2．7 本章小结

第3章 嵌入式控制器硬件架构及软件架构设计

3．1 硬件架构设计

3．1．1 核心板

3．1．2 通信接口

3．1．3 电源及复位电路

3．2 软件架构设计

3．2．1 嵌入式软件运行平台

3．2．2 应用软件设计

3．2．3 Modbus协议实现

3．2．4 上位机与控制器之间应用层通信协议设计实现

3．3 本章小结

第4章 基于LabVIEW的上位机监控软件设计

4．1 监控软件设计开发工具选择与分析

4．2 监控软件功能及界面结构

4．2．1 软件功能分析

4．2．2 系统界面设计

4．3 采用VISA组件设计开发通信程序

4．4 协议解析部分的程序设计

4．5 本章小结

第5章 控制算法选择及模糊PID算法设计

5．1 控制算法比较分析

5．1．1 传统PID及其局限性

5．1．2 先进的控制算法

5．1．3 模糊PID

5．2 实验室环境控制及控制算法设计

5．2．1 房间环境控制

5．2．2 模糊PID算法设计

5．2．3 仿真分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

附录