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微波污水处理自动控制系统的研究

作　者: 涂丽艳
导　师: 郁昊
学　校: 南京林业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 微波污水处理嵌入式系统下位机自整定模糊PID 人机交互界面 EMC
分类号: TN015
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着社会工业的发展,污水严重的污染我们的生存环境,然而传统的污水处理方法由于投资大、占地多以及开发周期长等因素,阻碍了污水处理技术在实际应用中的推广,同时由于其处理效果不尽如人意,所以引发各国对新的污水处理技术的关注。本文针对的就是新兴的污水处理技术—微波污水处理技术的研究。通过对微波污水处理的工作原理和工艺的研究,明确了微波功率以及污水处理中相关的药剂投放量对污水处理系统的性能的影响,同时明确了微波污水处理技术中相关的控制量,并以此作为系统构成的依据。考虑本系统的控制量多、信号复杂,提出了本微波污水处理系统采用上位机和下位机构成的控制方式,其中嵌入式系统作为上位机负责对现场设备工作方式的设定、控制量调节信息的运算及整个系统的工作调度等,下位机则作为现场设备的直接控制单元,对现场设备的工作信息进行信号采集、转换与处理,并且对系统的各个部分制定了专门的EMC防护方案。同时针对微波污水处理控制系统方案,进行了整体的硬件电路设计,包括微波发生器系统的设计、微波发生器系统中磁控管高压的全数字移相触发电路设计、下位机信号采集与处理模块设计以及上位机嵌入式系统与下位机的通信设计,并且在具体的设计中进行了专门的信号隔离工作。为了改善当前微波污水处理系统的不足,提高微波污水处理系统的控制精度、稳定性及经济性,对当前比较流行的控制算法进行比较,最终确定了自整定模糊PID算法作为微波污水处理系统中水质指标COD、SS、PH以及微波功率调节与稳定影响因素中阳极高压、阳极电流、灯丝电流调节与稳定的控制算法,并对微波污水处理系统进行整体的软件设计,包括上位机嵌入式系统平台的创建、微波功率调节与稳定的软件实现、污水水质处理的软件实现、上位机SPI通信实现(制定通信协议的格式)、人机交互界面的设计、下位机部分的信息采集与处理的软件实现、下位机的SPI通信的实现(通信协议具体化实现),以此实现微波污水处理自动控制系统的设计。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 课题研究的背景及意义  10-12
    1.1.1 课题研究的背景  10-11
    1.1.2 论文的研究意义  11-12
  1.2 微波污水处理系统的研究现状  12-13
    1.2.1 微波污水处理技术的发展  12
    1.2.2 微波污水处理性能的研究  12-13
    1.2.3 当前微波污水处理系统的不足  13
  1.3 本课题研究的主要工作  13-14
  1.4 本章小结  14-15
第二章微波污水处理自动控制系统的方案设计  15-28
  2.1 微波污水处理工艺  15-16
  2.2 微波污水处理系统的构成  16-17
  2.3 微波功率调节与稳定的分析  17-20
    2.3.1 微波发生器的组成  17
    2.3.2 磁控管内电场与磁场的关系  17-19
    2.3.3 磁控管的工作特性分析  19-20
  2.4 微波发生器控制系统构成  20-21
  2.5 微波污水自动处理系统解决方案  21-27
    2.5.1 污水处理部分控制方案  22
    2.5.2 微波发生器系统功率稳定方案  22-25
    2.5.3 下位机信号采集与处理模块解决方案  25-27
    2.5.4 嵌入式系统解决方案  27
  2.6 本章小结  27-28
第三章微波污水处理控制系统的硬件设计  28-57
  3.1 微波发生器系统的设计  28-44
    3.1.1 微波系统电源电路设计  28-29
    3.1.2 信号采集与控制电路设计  29-32
    3.1.3 微波发生器安全设计  32-33
    3.1.4 磁控管阳极高压调节设计  33-44
      3.1.4.1 磁控管阳极高压调节整体设计  33-36
      3.1.4.2 移相脉冲触发模块设计  36-44
  3.2 下位机MSP430数据采集处理模块设计  44-54
    3.2.1 下位机MSP430处理模块最小系统设计  45-46
    3.2.2 下位机数据量采集设计  46-50
    3.2.3 下位机控制信号输出设计  50-53
    3.2.4 下位机与上位机的通信设计  53-54
  3.3 嵌入式系统模块设计  54-56
    3.3.1 核心板电源设计  54-55
    3.3.2 LCD触摸屏及外围接口电路设计  55-56
    3.3.3 系统调试接口  56
  3.4 本章小结  56-57
第四章微波污水处理控制算法研究  57-69
  4.1 微波污水处理控制算法选择  57-59
    4.1.1 传统PID控制与模糊控制的特点  57-58
    4.1.2 模糊PID控制器的选择  58-59
  4.2 模糊自整定PID算法的实现  59-62
    4.2.1 精确量的模糊化运算  60-61
    4.2.2 建立模糊控制规则  61-62
    4.2.3 模糊推理与清晰化  62
  4.3 离线获取控制表  62-67
  4.4 微波污水处理算法仿真  67-68
  4.5 本章小结  68-69
第五章微波污水处理整体软件设计  69-91
  5.1 上位机嵌入式软件设计  69-82
    5.1.1 嵌入式开发环境  69-71
    5.1.2 上位机嵌入式开发与设计流程  71-72
    5.1.3 上位机微波功率调节与稳定软件的实现  72-74
    5.1.4 上位机污水处理部分软件设计  74-75
    5.1.5 上位机的SPI通信  75-79
    5.1.6 基于QT/E的GUI设计  79-82
  5.2 下位机数据采集与处理模块软件设计  82-90
    5.2.1 下位机开发环境IAR  83-84
    5.2.2 下位机端口配置及信号处理  84-85
    5.2.3 下位机与上位机的通信设计  85-90
  5.3 本章小结  90-91
第六章  91-93
  6.1 总结  91-92
  6.2 展望  92-93
参考文献  93-95
附录A 磁控管高压移相脉冲电路(一)  95-96
附录B 磁控管高压移相脉冲触发电路(二)  96-97
附录C 磁控管高压移相脉冲触发电路(三)  97-98
附录D 下位机电路(一)  98-99
附录E 下位机电路(二)  99-100
附录F 下位机电路(三)  100-101
附录G 下位机电路(四)  101-102
详细摘要  102-104
Abstract  104-105

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