人工气候箱嵌入式控制系统的设计与研究

摘要

人工气候箱在现代农业、生物、医学、航天等生产科研领域具有广阔的应用前景。该系统具有非线性、时变、时滞和耦合等特性，传统的PID控制方案虽然对具有此类特性的被控对象有一定的适应性，但也存在许多不足，无法满足现代实验的要求。 本文设计了一套具有较高控制精度和较佳控制品质的人工气候箱控制系统，并给出了系统的实现方法及详细的软硬件解决方案。论文重点研究了以下内容： 1、分析人工气候箱特性及现有的控制算法，提出了用遗传算法搜索模糊控制的最佳参数的方法。运用Matlab进行仿真实验，比较了PID控制和模糊控制的控制性能。 2、采用了32位的ARM核心的处理器S3C4480，设计了人工箱控制系统硬件结构，并且引进操作系统UC/OS-Ⅱ。这种在一块电路板上完成数据采集和对象控制，使得系统性能稳定可靠，容错性和抗干扰能力强。 3、在系统控制算法及硬件结构设计的基础上，给出了系统的软件实现方案。从结果上看，比以前的控制性能有所提高。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 引言

1.1概述

1.1.1人工气候箱简介

1.2人工气候箱的发展状况

1.2.1人工气候箱国外发展状况

1.2.2人工气候箱国内发展状况

1.3问题的提出

1.3.1硬件平台的选择

1.3.2控制算法的不足

1.4论文的主要研究内容和结构

1.4.1论文的研究内容

1.4.2论文的结构

2 系统控制算法的设计与实现

2.1经典控制

2.1.1 PID控制原理及特点

2.2模糊控制

2.2.1模糊控制的特点

2.2.2模糊控制算法的设计

2.2.3模糊控制器的软件实现

2.3遗传算法控制

2.3.1遗传算法特点

2.3.2遗传算法理论基础

2.3.3遗传算法的实现方法研究

2.3.4基于遗传算法的模糊控制规则优化设计方法研究

2.3.5模糊控制器隶属度函数遗传算法优化

2.4对人工气候箱的控制仿真实验

3 人工气候箱控制系统结构设计与硬件实现

3.1系统组成及工作原理

3.2系统设计主要技术要求

3.3嵌入式系统

3.3.1嵌入式系统的发展

3.3.2嵌入式系统的应用

3.3.3嵌入式处理器的特点和分类

3.3.4 ARM微处理器简介

3.4控制系统硬件总体结构

3.4.1微处理器与外围电路的连接

3.5外围电路设计

3.5.1键盘及显示电路

3.5.2温湿度检测电路

3.5.3输出执行电路

3.5.4JTAG接口电路

3.5.5通讯接口电路

3.5.6晶振电路

3.5.7Flash存储电路

3.5.8 Sdram存储电路

3.6本章小结

4人工气候箱控制系统的软件设计与实现

4.1操作系统的选择

4.1.1 UC/OS-Ⅱ介绍

4.1.2 UC/OS-Ⅱ的移植

4.1.3 S3C44B0的启动程序

4.1.4 UC/OS-Ⅱ的多任务运行

4.5系统软件功能划分

4.5.1软件架构图

4.5.2主程序流程图

4.5.3中断处理程序流程图

4.5.4键盘输入处理模块

4.5.5数据采集及处理模块

4.5.6输出控制模块

4.5.7通讯模块

4.6软件抗干扰设计

4.7本章小结

5结论

5.1结论

5.2展望

参考文献

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