智能恒温摇床控制系统的设计与实现

摘要

本文阐述了智能恒温摇床控制系统的硬件和软件的设计与实现。该系统功能主要是对带动恒温摇床托盘的电机的速度和箱体内部温度的进行检测、控制以及显示，最终实现仪器的智能化。该系统的控制单元是AVR hTmega16单片机，整个系统设计的核心是温度以及速度的控制。在温度控制中，根据实际需要，铂电阻PT100加上信号调理电路构成温度检测系统，在硬件上可以能达到很高的精度。通过采用模糊PID控制算法，在4～60℃的控温范围内可使控温精度达到±0.2℃，并且可以实现温度设定值的循环可调。为了使显示温度更加精准，本系统还可以在线校准温度值；在速度控制系统中，利用LM621专用集成芯片来搭建电机驱动电路，采用PWM变频调速的方法使电机在40～600rpm连续可调。在该系统中，为了提高仪器的安全性，设计中在会引起干扰的地方加入了光电隔离措施，并且加入了对温度传感器和速度传感器故障检测以及报警功能，在电机方面也加入了过流自动保护以及转速超限检测报警功能，充分提高了仪器的安全性能。在与上位机通信方面，该系统采用232串口通信，实现系统温度数据的上传以便供上位机成图软件使用。
　　 本文依据实际工程背景，针对系统的总体结构、软件设计、硬件设计以及控制算法等关键问题进行了探讨。按照系统提出的技术要求，依据可靠性高和操作方便的设计原则，设计了温控系统和速控系统的总体结构并完成了整个控制系统软硬件设计，经过后期的实验和调试以及反复的完善，最终该系统成功的应用在了摇床上。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 作者完成的主要工作

第二章 智能恒温摇床的控制系统简介

2.1 智能恒温摇床的组成

2.2 控制系统硬件的主要组成以及选型要求

2.2.1 系统控制器简介

2.2.2 加热、制冷器件的选择及其主要参数

2.2.3 AC/DC开关电源的选择以及主要参数

2.2.4 温度传感器的选择以及主要参数

2.2.5 速度传感器的选择以及主要参数

2.2.6 无刷直流电机的选择以及主要参数

2.3 系统的主要功能和性能

2.4 控制系统设计软件简介

2.4.1 Protel 99se简介

2.4.2 GCCAVR以及AVR Studio简介

第三章 无刷直流电机控制系统的设计与实现

3.1 无刷直流电机简介

3.1.1 无刷直流电机的发展

3.1.2 无刷直流电机的特点

3.1.3 无刷直流电机的应用

3.1.4 无刷直流电机的原理

3.2 无刷直流电机的控制系统

3.2.1 无刷直流电机的驱动方式

3.2.2 无刷直流电机位置传感器

3.2.3 无刷直流电机的速度检测部分

3.2.4 无刷直流电机控制算法

3.2.5 PWM调压调速原理

3.2.6 无刷直流电机控制系统仿真

3.3 无刷直流电机控制系统硬件电路设计与实现

3.4 无刷直流电机控制系统软件部分的设计与实现

3.4.1 速度控制软件设计

3.4.2 测速光电耦合器故障检测软件设计

3.5 实验结果

第四章 智能恒温摇床温度控制系统的设计与实现

4.1 半导体加热制冷简介

4.1.1 半导体制冷片的原理

4.1.2 半导体制冷片的优缺点

4.1.3 半导体加热制冷片的应用

4.2 温度控制系统

4.2.1 温度控制算法

4.2.2 模糊PID控制器设计

4.3 温度控制系统硬件部分设计与实现

4.3.1 箱体内部温度检测

4.3.2 半导体片驱动电路硬件设计

4.4 温度控制系统软件部分的设计与实现

4.4.1 温度检测部分软件设计

4.4.2 系统温度控制软件部分

4.4.3 系统温度传感器故障检测软件设计

4.4.4 系统温度在线校准功能设计

4.5 实验结果

第五章 智能恒温摇床控制系统其余部分软硬件设计

5.1 系统人机交互部分软硬件设计

5.1.1 系统人机交互部分软件设计

5.1.2 系统人机交互部分硬件设计

5.2 蜂鸣器部分设计

5.3 电源部分设计

5.4 数据传输部分设计

5.5 系统主函数软件设计

第六章 系统抗干扰部分设计

6.1 电磁干扰传播途径

6.2 电磁干扰对系统的影响

6.3 软件抗干扰部分设计

6.3.1 软件陷阱技术

6.3.2 软件看门狗

6.3.3 软件滤波

6.4 硬件抗干扰部分设计

第七章 结论

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢