基于ARM微控制器的嵌入式系统在烟叶初烤中的应用与研究

论文摘要

烟叶初烤是烟叶生产的一个重要环节,在烟叶初烤过程中,关键是控制烤房内的温度和湿度,使其按照“三段式”烘烤工艺温度湿度参数的要求变化,才能保证烟叶初烤的质量。首先对烟叶初烤三段式烘烤工艺进行了简单介绍,通过分析得出三段式工艺中的干温（干温是指烤房内的空气温度）和湿温（湿温是指烤房内的水分温度）的曲线,实际表示的是温度和湿度参数,实际控制中应用“三段式”烘烤工艺时进行改进,将原来湿度测量的干湿球间接测量,变为使用电子数字传感器的温湿度直接测量。针对烟叶初烤中烤烟炕房温湿度的测量和控制中,存在的强时变大时滞非线性的问题,采用自适应模糊PID控制的算法进行控制,并提出了PID控制算法应用于开关量输出控制的方法,详细介绍了自适应模糊PID控制器的设计过程,以及基于ARM微控制器进行系统实现的关键技术。自适应模糊PID控制器的设计中,参数整定是个反复调整的过程,提出将模糊控制规则表参数存储于EEPROM内,在不改动程序代码的情况下,通过升级模糊控制规则表优化控制器的方法。烟叶烘烤中工艺配方参数的设置、保存和调用的实现,对于控制器方便用户使用是非常重要的。在对“三段式”工艺曲线深入分析的基础上,提出了使用数组在EEPROM上保存的数据结构,而且详细讨论了如何通过ⅡC总线与EEPROM通讯,进行参数保存与读取实现的过程。温湿度的测量是系统的设计实现时至关重要的环节,直接影响到控制效果的好坏。系统采用电子数字式温湿度传感器SHT11进行温湿度的测量,它无须标定,精度高,使用方便,并且详细的讨论如何通过通用I/O口实现数据线、时钟线的模拟,实现Sensibus协议进行温湿度的测量。系统的设计实现是基于意法半导体的ARM微控制器STR710F-Z2T6芯片进行的,对于如何基于STR710F-Z2T6芯片进行存储扩展、显示扩展、输入按键扩展及控制执行器驱动等设计进行了详尽的讨论,并给出了相应的硬件电路原理图。最后,给出了系统运行时的详细情况,同时讨论了如何将完成的项目写入系统的Flash以及用户操作及界面显示。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 烟叶初烤的国内外研究动态及现状
• 1.2 课题研究内容与系统实现
• 第二章 烟叶初烤三段式工艺及控制中的改进
• 2.1 三段式烘烤工艺简介
• 2.1.1 变黄阶段
• 2.1.2 定色阶段
• 2.1.3 干筋阶段
• 2.2 三段式烘烤工艺在控制中的改进
• 2.2.1 湿度测量的相关问题
• 2.2.2 烘烤工艺应用的改进
• 第三章 嵌入式系统及ARM概述及开发平台简介
• 3.1 嵌入式系统的定义
• 3.2 嵌入式系统处理器的分类
• 3.3 嵌入式微处理器的选型
• 3.4 系统开发平台简介
• 3.4.1 硬件开发平台简介
• 3.4.2 软件开发平台简介
• 第四章 自适应模糊PID算法实现
• 4.1 模糊PID算法应用存在的问题及解决方法
• 4.2 模糊PID控制器的设计
• 4.2.1 模糊系统的输入输出
• 4.2.2 模糊系统的规则基
• 4.2.3 模糊推理及解模糊化
• 4.3 模糊PID控制器的在ARM上的实现
• 4.3.1 离线生成控制表
• 4.3.2 ARM微控制器上的在线实现
• 第五章 系统的整体构建
• 5.1 系统主要硬件功能模块
• 5.1.1 存储器功能
• 5.1.2 显示功能
• 5.1.3 声音报警
• 5.1.4 操作按键
• 5.1.5 EEPROM参数保存
• 5.1.6 温湿度的检测
• 5.1.7 执行器的驱动
• 5.1.8 系统调试与升级接口
• 5.2 系统的软件功能模块
• 第六章 温湿度检测功能的实现
• 6.1 SHT11数字温湿度传感器功能简介
• 6.2 SHT11传感器接口说明与连接
• 6.3 SHT11传感器温湿度测量的实现
• 6.3.1 SHT11传感器测量的启动传输
• 6.3.2 SHT11传感器测量命令
• 6.3.3 SHT11的应答与测量数据的读取
• 6.4 SHT11测量数据的转换为物理量
• 6.5 SHT11传感器的使用的其它问题
• 第七章 烟叶初烤工艺配方的保存与读取
• 7.1 非易失保存器件的选取
• 7.2 工艺配方保存与读取方法
• 7.3 24系列EEPROM简介与硬件连接
• 7.4 参数保存与读取在IIC接口下的实现
• 7.4.1 IIC总线信号类型
• 7.4.2 IIC传输的数据格式与读写
• 7.4.3 参数保存读取的软件实现
• 第八章 系统的综合调试与运行
• 8.1 硬件的连接与工程的写入
• 8.2 系统运行及操作使用过程
• 第九章 结语
• 致谢
• 参考文献
• 附录A（系统硬件电路原理图）
• 附录B（系统软件源代码）
• 1.主函数文件Man.c
• lib.c'>2.报警函数文件mypwm_lib.c
• lib.c'>3.模糊PID函数文件myflC_lib.c
• i2c_lib.c'>4.IIC读写EEPROM函数文件my_i2c_lib.c
• sht_lib.c'>5.SHT11温湿度测量函数文件my_sht_lib.c
• lib.c'>6.人机界面函数文件myui_lib.c
• 附录C（Java实现模糊推理的源代码）
• 附录D（研究生期间发表的论文与参加的项目）
• 研究生期间发表的论文
• 研究生期间参加的项目