基于嵌入式系统的木材干燥窑参数在线

摘要

木材应用在装修家具、建筑工程、机械制造等领域。木材干燥是木材加工的关键步骤之一,整套木材干燥设备包括木材干燥窑检测系统和控制系统。本课题选择木材干燥窑检测系统为研究背景,运用传感器技术、嵌入式技术、统计学习理论以及多传感器数据融合技术,研制出智能化木材含水率在线实时检测系统。
　　本课题研究了国内外木材干燥窑检测系统的研究现状及发展趋势,吸收借鉴国内外研究成果,并结合企业的技术支持,研发了基于嵌入式系统的木材干燥窑参数在线监测系统。该系统实时检测木材干燥过程中的干燥窑温度、相对湿度、试材的相对电阻率。系统将多路检测信号经信号调理电路处理传给嵌入式处理器。嵌入式系统硬件处理速度快、软件兼容性较好移植便利,在嵌入式平台即可完成格拉布斯准则剔除异常数据,以及加权求平均对检测结果进一步平滑,通过CAN总线上传处理结果到上位机系统。在上位机系统完成在线建模预测木材含水率,提高系统检测精度。针对木材干燥窑特定的工作环境,分析检测系统干扰源,合理规划信号传输线的布局以及PCB布局布线设计,提高系统EMC抗干扰能力。
　　当木材为绝干时,其电阻值高达100,为了满足测量精度,木材电阻率检测实现自动切换量程。对于多路温度检测,由长距离信号传输带来的信号线内阻对检测精度的影响,提出了利用数字电位器实现基于平衡电桥的三线制PT100引线内阻自动补偿电路。根据木材干燥过程中含水率连续不突变的特点,研究了基于“乒乓”模型的随机权重粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)参数寻优的最小二乘支持向量回归机(Least squares support vector regression,LS-SVR)在线建模方法,该方法既能反映干燥过程木材含水率动态特性,又能保证预测精度、缩短数据处理时间。随机权重PSO算法能够平衡算法的全局和局部搜索最优能力。实验过程以柞木进行数据采集,结果表明系统精度和稳定性能够满足要求。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 木材干燥窑参数检测技术的国内外研究现状及发展趋势

1.3 课题主要研究内容

1.4 论文结构安排

第2章 木材含水率检测原理

2.1 木材检测概论

2.2 电阻法测木材含水率原理

2.3 试验规程

2.4 本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1 系统电源设计

3.2 温度检测

3.3 相对湿度检测

3.4 木材电阻率检测

3.5 ARM平台外围电路设计

3.6 本章小结

第4章 Linux系统引导加载以及构建移植

4.1 Linux系统引导加载

4.2 Linux构建系统

4.3 Linux系统启动

4.4 Linux系统移植

4.5 本章小结

第5章 Linux设备驱动程序设计

5.1 SPI子系统分析

5.2 基于SPI子系统MCP25105驱动程序

5.3 基于SPI子系统AD转换驱动程序

5.4 系统应用程序

5.5 本章小结

第6章 系统EMC抗干扰设计

6.1 系统噪声源及分类

6.2 抗干扰设计

6.3 本章小结

第7章 系统的数字滤波及数据融合处理

7.1 格拉布斯准则

7.2 加权求平均

7.3 数据融合算法

7.4 本章小结

第8章 试验及算法仿真结果分析

8.1 检测模块试验结果分析

8.2 算法仿真结果分析

8.3 本章小结

第9章 总结与展望

致谢

参考文献

附录