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水溶性气体传感器校准装置控制系统研究

2020-12-08阅读(95)

水溶性气体传感器校准装置控制系统研究

论文摘要

海水中溶解着大量丰富的气体,这些气体数据是多种海洋学科进行科学研究的基本要素,可靠有效的原位数据获取需要使用各种类型的水溶性气体传感器,而长期的使用和海洋生物的污染会造成数据漂移需要进行校正,目前国内并无公开的、可靠的维护、验证、校准操作方法和流程,导致传感器的使用效率和可信度不高,另一方面该类操作方法和流程的缺失也对国内的同类传感器研发造成了一定的阻碍,因此本课题旨在研究设计一套软硬件校准平台自动化测试控制系统,该系统可控制水体模拟海洋现场环境,可进行自动化的实验室校准研究方法。该校准装置控制系统分为水体温度控制子系统和多通道气体传感器测量子系统两部分,以下位机和上位机的模式完成相应的功能,下位机主要负责温度采集显示控制、加热制冷水循环设备控制、气体质量流量器控制、与传感器测量系统通讯交互;上位机主要负责以界面的形式与用户交互,将下位机提供的各种操作以UI界面的形式呈现在用户端,支持解析显示存储多种气体传感器数据,同时通过下位机系统进行水体环境改变及维持。水体温度控制系统主要采用RT-Thread操作系统、STM32微处理器、Pt1000铂电阻、浮球开关、电磁加热设备、压缩机制冷设备、水循环设备和气体质量流量控制器。多通道气体传感器测量系统主要采用Linux操作系统、Qt软件框架、i.MX6UL处理器、SD设备、以太网设备、HDMI设备、USB设备、RS232设备和RTC设备等支撑系统运行的设备。为了保证提供精确稳定的环境温度,研究了模糊PID控制器的原理,并将该控制器进行了实现,通过实验测试的方法对系统进行了建模后将模糊PID控制器应用于该模型进行仿真调参,并将生成的控制矩阵应用于实际温控。最后对系统进行了测试及调试,对系统软硬件功能模块测试,各硬件功能基本达到设计需求,下位机软件可精确稳定的调控温度,上位机软件可采集解析传感器数据,可支持各图形操作;对整机组装进行了手动操作环境下的调试,对取得的数据进行了操作与结果分析。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  •   1.1 课题的研究背景及意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •   1.3 课题设计需求与研究内容
  •     1.3.1 课题设计需求
  •     1.3.2 课题研究内容
  •     1.3.3 课题设计指标
  •   1.4 本章小结
  • 第2章 系统整体设计
  •   2.1 系统设计框架
  •   2.2 系统硬件设备方案选择
  •     2.2.1 加热设备
  •     2.2.2 制冷设备
  •     2.2.3 测温设备
  •   2.3 系统电子硬件方案选择
  •     2.3.1 控制器方案
  •     2.3.2 大功率设备控制方案
  •   2.4 系统软件方案选择
  •     2.4.1 操作系统方案
  •     2.4.2 上位机软件框架方案
  •   2.5 本章小结
  • 第3章 系统硬件设计
  •   3.1 系统硬件总体设计
  •     3.1.1 水体温度控制系统总体硬件设计
  •     3.1.2 多通道气体传感器测量系统总体硬件设计
  •   3.2 水体温度控制板硬件设计
  •     3.2.1 电源管理电路
  •     3.2.2 温度采集电路
  •     3.2.3 设备控制电路
  •     3.2.4 隔离通讯电路
  •   3.3 多通道气体传感器测量板硬件设计
  •     3.3.1 电源管理电路
  •     3.3.2 数据存储电路
  •     3.3.3 外设扩展电路
  •     3.3.4 网络通讯电路
  •   3.4 本章小结
  • 第4章 系统软件设计
  •   4.1 水体温度控制系统软件设计
  •     4.1.1 水体温度控制系统软件总体设计
  •     4.1.2 串口收发数据及处理
  •     4.1.3 实时温度获取及显示
  •   4.2 多通道气体传感器测量系统软件设计
  •     4.2.1 多通道气体传感器测量系统软件总体设计
  •     4.2.2 设置窗口类设计
  •     4.2.3 环境窗口类设计
  •     4.2.4 监测窗口类设计
  •     4.2.5 主窗口设计
  •   4.3 本章小结
  • 第5章 温度控制模块
  •   5.1 模糊PID控制基本原理
  •     5.1.1 模糊控制器
  •     5.1.2 PID控制器
  •     5.1.3 模糊PID控制器
  •   5.2 校准装置温度系统模型的建立
  •   5.3 模糊PID控制器的设计
  •     5.3.1 输入输出变量及其论域
  •     5.3.2 模糊数据库
  •     5.3.3 模糊规则库
  •     5.3.4 推理单元
  •     5.3.5 去模糊化
  •     5.3.6 自整定PID参数
  •   5.4 仿真与分析
  •     5.4.1 搭建仿真环境
  •     5.4.2 仿真结果分析
  •   5.5 本章小结
  • 第6章 系统测试与调试
  •   6.1 系统功能测试
  •     6.1.1 硬件功能模块测试
  •     6.1.2 水体温度控制系统软件功能模块测试
  •     6.1.3 多通道气体传感器测量系统软件功能模块测试
  •   6.2 整机调试与分析
  •     6.2.1 整机组装图
  •     6.2.2 整机工作
  •     6.2.3 结果分析
  •   6.3 本章小结
  • 第7章 总结与展望
  •   7.1 总结
  •   7.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张军

    导师: 蔡文郁

    关键词: 水溶性气体传感器,校准装置,温度控制

    来源: 杭州电子科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 海洋学,自动化技术

    单位: 杭州电子科技大学

    分类号: TP212.9;P715

    总页数: 88

    文件大小: 10828K

    下载量: 34

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