基于ATmega128的试验压机智能控制系统的研究

论文摘要

随着微电子技术、通信技术、控制技术和半导体技术的飞速发展以及工业、科研领域等对智能控制仪器设备要求的不断提高,嵌入式微处理器得到越来越广泛的应用。目前,国内现有的试验压机、热压设备多为手动操作,或采用时间继电器、行程开关等作为控制元件实现一定程度的自动操作。但是热压曲线难以准确设定,难以实现理想的操作过程,影响人造板热压工艺的研究,产品性能难以控制。部分采用PLC控制器和上位PC机通信实现数据处理、在线控制、显示等自动控制功能,但是这种控制方式及架构成本较高。因此,综合利用现代先进技术,着力于技术创新,提高自我设计开发能力,设计出更加智能化、适应性更强的试验压机用于人造板的科研及生产,是我国人造板工业发展的当务之急。同时单机设备的自动化更是实现全线自动化控制、实现人造板生产企业网络化控制的基础和前提。本文介绍了一种基于AVR单片机的新型试验压机智能控制系统的软件和硬件设计方法。系统控制器以单片机微处理器作为核心,结合外围功能扩展电路,包括电源、模拟信号采集、模拟量输出、数字量输入输出、EEPROM扩展及通信等模块。系统以彩色液晶触摸屏为人机交互界面,友好的人机交互图形化工作界面操作方便直观。整个系统更加智能化、适应性更强,可以用于人造板的科研及生产。系统采用嵌入式微控制器和触摸屏串行通信的方法,实现了对上下压板温度、系统压力、压板位移的智能监测、自动过程控制和热压曲线的实时显示、升降速度可调等多项功能。自动控制过程可以按照预先设定的热压曲线参数自动执行,系统的所有操作均可通过人机交互界面完成。相同参数和过程的试验可重复执行,给操作者带来了方便,且控制参数的调整范围也较大。对于压力的控制采用曲线拟合的方法,系统压力控制在2~21.5 MPa,精度控制在±0.3MPa。上下压板温度的控制采用PID算法使温度在2小时内达到稳定状态,精度控制在±1?C。实验结束时还可把试验数据上传至上位机,通过上位机分析系统对试验数据进行分析与处理。本系统尤其适用于噪声、电磁干扰大、环境污染严重的场合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 世界人造板机械发展现状和趋势
• 1.1.2 我国人造板机械设备发展概况
• 1.1.3 我国人造板机械设计的发展方向
• 1.1.4 我国木材工业的自动化技术应用现状与展望
• 1.1.5 我国人造板行业试验压机控制技术现状
• 1.2 研究目标和主要研究内容
• 1.2.1 研究目标
• 1.2.2 主要研究内容
• 第二章 基础理论知识
• 2.1 前言
• 2.1.1 PID 控制原理
• 2.1.2 数字PID 控制
• 2.1.3 PID 控制器的参数整定
• 2.2 最小二乘曲线拟合
• 2.2.1 最小二乘曲线拟合的理论分析
• 2.2.2 拟合结果的检验
• 第三章 试验压机的构成及功能需求
• 3.1 压机的构成
• 3.2 压机液压系统工作原理
• 3.3 压机功能需求
• 第四章 试验压机控制器的设计
• 4.1 功能分析
• 4.2 微处理器选型
• 4.3 控制器工作原理及原理框图
• 4.4 控制器硬件电路设计
• 4.4.1 主控制模块
• 4.4.2 电源模块
• 4.4.3 信号采集模块
• 4.4.4 模拟量输出模块
• 4.4.5 开关量输入模块
• 4.4.6 开关量输出模块
• 4.4.7 通信模块
• 4.4.8 人机交互界面
• 4.4.9 外扩EEPROM 数据存储模块
• 4.5 电路板设计
• 4.6 系统软件设计
• 4.6.1 嵌入式软件的编写
• 4.6.2 设计流程
• 4.6.3 运行状态的实时监视与控制
• 4.6.4 信号采集模块
• 4.6.5 模拟量输出模块
• 4.6.6 数据存储模块
• 4.6.7 人机交互接口模块
• 4.6.8 模拟信号输出控制的曲线拟合
• 4.7 抗干扰措施
• 4.7.1 硬件抗干扰措施
• 4.7.2 软件抗干扰措施
• 第五章 应用效果
• 5.1 初始化及预热
• 5.2 热压过程参数设定
• 5.3 过程控制
• 5.4 系统监测
• 5.5 整机效果
• 5.6 上位机系统操作
• 第六章 结论与讨论
• 6.1 结论和展望
• 6.2 讨论
• 参考文献
• 在读期间的学术研究
• 致谢