基于MSP430的航空制冷控制专用系统设计与实现

论文摘要

在工业自动化控制领域,PLC(Programmable Logical Controller可编程逻辑控制器)受到广泛应用的同时,基于SoC(System on Chip片上系统)的IPC(IndustrialPersonal Computer工业计算机)开发越来越得到重视,相比PLC而言,IPC系统具有能耗低,速度快,体积小,针对性强,开发方便,成本低等显著特点。因此,使用IPC代替PLC实现工业自动化控制不但是可行的,还应该给予足够的重视。本文针对工业自动化控制的航空制冷领域,设计开发了航空制冷控制专用系统。在此系统中,采用了基于SoC理念的MCU(微程序控制器)MSP430作为系统的主控芯片,以内置T6963C控制单元的液晶显示模块作为系统显示单元,使用RS232和RS485通信协议实现系统内外的数据通信,另外系统还采用了CH375USB控制芯片实现对U盘移动存储的控制,使用PID(Proportional IntegratingDifferentiation比例积分微分)控制算法实现对系统加热模块的控制,设置了JTAG接口,为后期及现场调试预留了调试接口,采用Protel专业绘制软件,设计实现系统硬件电路。程序的开发使用了IAR Embedded Workbench软件开发平台,采用了专用的嵌入式C语言作为程序开发的编程语言,设计实现系统软件编程。本文首先对航空制冷控制专用系统的原系统构成逻辑,组成模块,所涉及使用的主要技术进行了全面分析;然后对新方案所涉及的两项主要技术(SoC和PID控制算法)进行了全面分析和研究,在PID算法方面有针对性的进行了算法改进:最后,对系统功能需求进行了详细分析整理,进行了整体规划设计,并最终实现了硬件、软件,包括系统显示和主控两大模块。通过本课题的实现,对IPC应用于工业自动化控制的优缺点有了明确的把握,对其在工业化境下的抗干扰技术和PID应用于温度控制,尤其在参数整定方面形成了相关结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 项目背景和价值意义
• 1.2 工业控制自动化行业的技术发展潮流
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 本文组织结构
• 第二章 主要技术综述
• 2.1 工控机主要产品
• 2.2 SoC技术
• 2.2.1 IP复用技术
• 2.2.2 SoC技术的优缺点
• 2.2.3 基于SoC的MSP430系列MCU特性分析
• 2.2.4 MSP430系列MCU与89C51系列MCU的比较
• 2.3 PID控制算法
• 2.3.1 PID控制的原理和特点
• 2.3.2 PID控制算法应用于控制系统
• 2.3.3 数字PID算法
• 2.3.4 算法改进
• 2.3.5 PID参数选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统需求分析及总体设计
• 3.1 原系统情况概括
• 3.2 原系统存在问题分析
• 3.3 系统改进及与其它实现方法的比较
• 3.4 系统总体分析与设计
• 3.4.1 前端显示模块分析
• 3.4.2 后端主控模块分析
• 3.4.3 菜单结构和通信帧解析
• 3.5 特殊性需求
• 3.6 本章小结
• 第四章 系统设计与实现
• 4.1 显示模块设计与实现
• 4.1.1 显示板设计
• 4.1.2 入口函数和各任务流程
• 4.2 主控模块设计与实现
• 4.2.1 系统的整体组织结构
• 4.2.2 主控模块
• 4.2.3 制冷模块
• 4.2.4 故障保护
• 4.2.5 喷液冷却程序
• 4.2.6 通用停机程序
• 4.2.7 制热模块
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统调试与现场测试
• 5.1 系统调试
• 5.1.1 硬件调试
• 5.1.2 软件调试
• 5.1.3 硬件、软件仿真调试
• 5.2 现场测试
• 5.2.1 测试对象
• 5.2.2 测试方案
• 5.2.3 测试结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 本文的主要工作内容
• 6.2 PID控制算法
• 6.3 IPC应用于工业控制
• 6.4 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 Ft制冷温控程序流程图
• 附录二 显示板模块任务流程图
• 在学期间研究成果