基于USB通讯的糖厂pH值控制器

论文摘要

澄清中和工序是制糖生产过程中关键工序之一,蔗汁pH值及温度的控制好坏,直接影响糖厂的糖份回收率、产品质量和企业效益。由于制糖生产环境恶劣,生产过程积垢严重,pH值的自动控制技术问题一直没有得到很好地解决,制约了糖厂的经济效益的提高。USB作为一种新的通用串行总线标准,具有较强的纠错能力、速度快、不占用系统资源、方便灵活等特点,应用越来越广泛。本文提出了基于USB通讯的糖厂pH值控制器,该控制器是以微处理器AT91M55800为核心,充分利用AT91M55800微处理器AD、DA资源,外扩是PHILIPS公司的USB芯片PDIUSBD12,采用USB通讯方式,实现pH值数据的采集和控制。在硬件方面,设计了AT91M55800核心板和pH值信号调理扩展板,核心板电路包括AT91M55800微处理器电路、存储器电路、USB通讯接口电路、RS232接口电路、AD接口电路、DA接口电路等,pH值信号调理扩展板主要实现将玻璃电极pH值的微弱信号转换成0-3V的信号。在软件方面,分析了USB通讯的协议,编写了控制器核心板的USB固件程序。采用WDM驱动开发程序DriverStudio实现了PC机的USB驱动,使PC机和pH控制器能够高速高效的进行数据传输。采用PID控制算法,编写了pH值检测控制程序。应用LabVIEW开发了pH值监控软件,实现了通过USB方式来控制三容液位的控制。通过pH值检测实验和三容液位装置控制实验结果表明,本论文设计的基于USB通讯方式的糖厂pH值控制器,具有方便、易用、灵活等优点。运用虚拟仪器技术,实现硬件和软件资源的共享,不仅能进行信号采样和波形显示,还能够对采集的波形数据进行存储、回放和共享。该控制器不仅适用于pH值控制,而且可推广到其他测控领域中使用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 糖厂生产流程
• 1.3 糖厂PH值自动控制的作用
• 1.4 PH值控制器国内外发展现状
• 1.5 虚拟仪器国内外发展现状
• 1.6 课题来源和研究意义
• 1.6.1 课题的来源
• 1.6.2 课题的研究意义
• 1.7 研究内容
• 第2章 控制器硬件设计
• 2.1 A/D数据采集部分
• 2.2 步进电机控制
• 2.3 USB通讯接口
• 第3章 控制器软件设计与实现
• 3.1 数据采集和控制部分
• 3.1.1 A/D数据采集功能
• 3.1.2 D/A控制功能
• 3.2 控制算法部分
• 3.2.1 PID控制的基本原理
• 3.3 USB通讯功能设计
• 3.3.1 控制器端USB固件程序
• 3.3.2 上位机USB驱动
• 第4章 PH值测控软件的设计
• 4.1 上位机程序设计方案
• 4.2 虚拟仪器概述
• 4.2.1 虚拟仪器的概念
• 4.2.2 虚拟仪器的构成
• 4.2.3 虚拟仪器与传统仪器比较
• 4.2.4 虚拟仪器开发工具
• 4.3 LAB VIEW简介
• 4.4 LAB VIEW与USB设备通讯
• 4.4.1 VISA概述
• 4.4.2 Lab VIEW与USB设备通讯设计实现
• 4.5 上位机测控软件的编写
• 第5章 实验结果与结论
• 5.1 PH值检测实验
• 5.2 实时控制实验
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文与研究结果