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基于ARM微处理器的石油倾点测量系统

作　者: 盛菲菲
导　师: 张元良
学　校: 大连理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 石油倾点 ARM PID算法半导体制冷片 PWM技术
分类号: TE978
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

我国是石油大国,从产量到用量均位列世界前茅,石油的低成本低能耗管道输送也因此成为研究的热门。石油的流动性是影响其管道运输的重要因素,尤其在温度较低的地区,石油会因低温而导致流动性降低,甚至失去流动性,这对于其管道运输极为不利。作为衡量石油低温流动性的重要评价指标,石油倾点应当被检测并用以改善石油管道输送技术、降低输送成本和能耗。本文在国内外标准的基础上研制了一种高精度自动化测量石油产品倾点的系统。本文通过对多种相关测量标准中的不同倾点测量方法进行了研究和比较,确定采用自动空气加压法测量石油倾点。系统使用ARM处理器作为测量系统硬件的核心：使用半导体制冷片对样品进行降温,并采用铂电阻温度传感器测量样品和控温槽的温度：利用步进电机驱动气管为系统加压,并用微压力传感器检测系统此压力开关量,以判断样品是否失去流动性,最终测得样品倾点值。该测量方法重复性好,稳定性高,易于实现自动化。本系统采用ARM Cortex-M3为内核的STM32F107VC微处理芯片作为硬件核心,它具有高性能、实时、低功耗、低电压等特点,集成度较高并易于开发。系统使用芯片内部定时器产生PWM波,并通过光电耦合器和可控硅来控制交流加热装置为样品加热,以达到系统设定的温度值和标准规定的降温速率。本系统具有丰富的人机交互通道,便于操作和实时监控,可以随时打印测试结果。从硬件和软件两方面采取多种措施保证系统的可靠性和稳定性。本系统采用控制精度高、鲁棒性好的PID控制算法控制系统温度的变化,保证温控系统具有良好的闭环控制效果。同时,模块化的编程,使程序易于调试,具有良好的可移植性和较高的运行效率。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
1 绪论  8-11
  1.1 课题研究意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-9
  1.3 论文主要内容  9-11
2 系统总方案  11-22
  2.1 倾点测量方法  11-17
    2.1.1 倾斜试管法  11-12
    2.1.2 旋转测量法  12
    2.1.3 自动调压脉冲法  12-13
    2.1.4 CCD图像测量法  13-14
    2.1.5 自由落体式粘度测量法  14
    2.1.6 自动空气压力法  14-17
  2.2 偏差讨论  17-18
  2.3 提高测量准确性的措施  18-19
  2.4 控制系统方案  19-22
    2.4.1 控制系统硬件方案  20-21
    2.4.2 控制系统软件方案  21-22
3 系统硬件  22-43
  3.1 ARM处理器的选择及介绍  22-25
    3.1.1 ARM处理器简介  22
    3.1.2 控制器选型及介绍  22-24
    3.1.3 控制电路单片机最小系统  24-25
  3.2 温度检测控制电路  25-30
    3.2.1 温度传感器的选择及介绍  25-27
    3.2.2 温度检测电路  27-29
    3.2.3 半导体制冷  29-30
  3.3 压力检测  30-31
  3.4 步进电机控制  31-35
    3.4.1 步进电机概述  31-32
    3.4.2 步进电机工作原理  32-33
    3.4.3 步进电机驱动  33-35
  3.5 交流负载控制电路  35-37
  3.6 人机交互模块  37-40
    3.6.1 LCD示模块设计  38-39
    3.6.2 键盘模块设计  39
    3.6.3 微打印机接口  39-40
  3.7 电源模块  40-43
    3.7.1 5V电源电路设计  41
    3.7.2 3.3V电源电路设计  41-43
4 温度控制算法  43-52
  4.1 PID控制原理  43-47
  4.2 温度的PID控制  47-52
    4.2.1 脉宽调制(PWM)控制  47-49
    4.2.2 分段式PID控制  49-52
5 系统软件  52-58
  5.1 系统主程序  53-54
  5.2 系统子程序  54-57
    5.2.1 温度检测子程序  54-55
    5.2.2 按键控制子程序  55-56
    5.2.3 串口发送接收子程序  56
    5.2.4 步进电机控制子程序  56-57
  5.3 调试  57-58
结论  58-59
参考文献  59-61
附录A 电路原理图  61-62
致谢  62-63

基于ARM微处理器的石油倾点测量系统

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