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基于LPC2478的新型人工气候箱设计与实现

作　者: 郭彦娟
导　师: 田景奎；张琳
学　校: 浙江大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 人工气候箱多参数测控 LPC2478 μC/OS-Ⅱ PID控制
分类号: P414
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 34次
引　用: 1次
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内容摘要

目前,臭氧浓度及紫外光辐射强度作为植物重要的胁迫因子被越来越广泛的应用到农业相关的实验研究中。而温湿度作为植物重要的生长环境,其影响也不容忽视。如今,国内外市场没有专门的集温湿度、臭氧浓度、紫外光辐射强度测控系统于一体的试验设备。因此,一种新的集温湿度、臭氧浓度、紫外光辐射强度测控系统于一体的人工气候箱的研制将为更多的实验研究提供研究平台,并满足实验的可重复性,提高实验结论的准确性。首先,本文介绍了国内外人工气候箱的研究现状,明确了本课题的主要研究内容及需解决的关键问题,构架了论文内容的总体结构；确定了研究的技术路线,并在上述基础上,进行了系统需求分析,根据总体研究目标及系统功能需求,搭建了系统总体结构,介绍了系统工作过程、工作原理及主要技术指标。其次,本文采用32位ARM7微处理器LPC2478为核心,选择合适的传感器,根据其特点制定数据采集电路设计方案；并选用PWM与光电隔离电路结合方式驱动执行元件。将μC/OS-Ⅱ移植到LPC2478,实现多任务软件设计,共分为数据采集模块、PWM控制模块、通信模块、按键输入与数据显示模块四个模块,以满足实时性要求,并在硬件结构设计的基础上,给出了系统的软件实现方案。最后,本文通过相关控制算法的比较,并根据本系统特点及需求选择了传统的PID控制,对单模块进行调试。实验表明各环境因子间存在较强的耦合作用,相互影响,仅仅单模块的简单组合无法满足控制精度。通过反复调试,结合执行元件特点,在传统PID控制的基础上,进行了完善和改进,使之更加适合于本系统。经过测试,测控系统能够达到预期的功能和效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-14
  1.1 选题的依据与意义  10-11
    1.1.1 紫外光辐射的研究意义  10
    1.1.2 臭氧的研究意义  10-11
    1.1.3 问题的提出及本课题的研究意义  11
  1.2 人工气候箱研究现状  11-12
  1.3 论文主要研究内容  12-13
  1.4 论文结构说明  13-14
第2章系统需求分析及总体设计  14-21
  2.1 系统设计技术路线  14
  2.2 系统设计过程  14-15
  2.3 系统需求分析  15-17
    2.3.1 系统总体研究目标  15
    2.3.2 系统功能需求  15-16
    2.3.3 系统性能需求  16
    2.3.4 系统设计技术要求  16-17
  2.4 系统总体设计  17-20
    2.4.1 系统结构设计  17-18
    2.4.2 系统工作原理  18-20
    2.4.3 系统工作过程  20
  2.5 本章小结  20-21
第3章系统硬件设计  21-30
  3.1 系统硬件设计方案  21-22
  3.2 测量模块电路及器件选型  22-25
    3.2.1 温湿度测量  22-23
    3.2.2 臭氧浓度测量  23-24
    3.2.3 紫外光辐射强度测量  24-25
  3.3 控制模块设计  25-29
    3.3.1 执行元件选型  25-26
    3.3.2 PWM脉宽调制器  26-27
    3.3.3 光耦驱动电路  27-28
    3.3.4 紫外光辐射强度调节电路  28-29
  3.4 键盘接口电路  29
  3.5 本章小结  29-30
第4章系统软件设计  30-46
  4.1 系统软件总体设计  30-34
    4.1.1 操作系统选择  31
    4.1.2 μC/OS-Ⅱ操作系统移植  31-32
    4.1.3 多任务设计  32-34
  4.2 数据采集模块  34-38
    4.2.1 温湿度测量软件设计  34-37
    4.2.2 臭氧浓度及紫外光辐射强度测量软件设计  37-38
  4.3 PWM控制模块  38-40
  4.4 通信模块  40-42
    4.4.1 下位机串口通信程序实现  40
    4.4.2 上位机串口通信程序实现  40-42
  4.5 按键输入与数据显示模块  42-45
  4.6 本章小结  45-46
第5章系统控制方案及实现结果  46-56
  5.1 控制算法选择  46-47
  5.2 PID控制原理  47-48
  5.3 单模块控制结果  48-50
  5.4 联合控制方案及实现结果  50-55
    5.4.1 环境因子相互关系  50-52
    5.4.2 改进的控制方案  52-53
    5.4.3 实验结果  53-55
  5.5 本章小结  55-56
第6章结论与展望  56-58
  6.1 结论  56-57
  6.2 展望  57-58
参考文献  58-62
作者简历  62-63
致谢  63

基于LPC2478的新型人工气候箱设计与实现

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