基于MSP430单片机的微量计量泵控制系统设计

发布时间：2017-05-20 12:29

  本文关键词：基于MSP430单片机的微量计量泵控制系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：计量泵作为一种专门用于流体精确计量的特殊泵，已被广泛的应用在国民经济发展的各行各业中。随着生产工艺和自动化控制要求的提高，对计量泵也提出了更严格的标准。由于国产计量泵控制方式的精度不理想、流量显示不直观、可靠性差，无法满足对现代化工业生产工艺的控制需求。近些年，随着机电一体化迅速崛起和快速发展，在测控领域掀起了一场新的革命，也对计量泵的控制提出来更高的要求。 本文以MSP430系列超低功耗单片机为控制核心，设计了一套可以通过控制步进电机方向和转速，来实现流量控制的微量计量泵闭环控制系统。论文的主要研究内容如下： 首先，在对微量计量泵控制系统的各组成环节进行数学理论分析的基础上，建立整个系统正确的数学模型，设计了与控制系统相匹配的模糊控制器，以达到流量的智能控制。用Matlab/Simulink仿真验证了在步进电机的不同励磁方式下该模糊控制器的精确性和稳定性。 其次，采用MSP430作为主控芯片，以步进电机为控制对象，以增量式光电编码器为检测反馈元件，设计了系统的硬件功能电路，包括系统电源电路、按键电路、LCD显示电路、步进电机驱动电路、转速采集电路和报警电路等。用IAR Embedded Workbench开发平台编写调试与硬件系统相适合的软件程序。软硬件相结合实现了包括按键控制步进电机转动状态，直观显示步进电机转速和光电编码器采集以及报警等功能。 最后，通过VB(Visual Basic)上位机开发软件设计了微量计量泵系统的上位机控制显示界面，使其具有直观显示系统的工作模式和流量数据的功能。采用RS232标准串口实现控制系统上下位机的相互通信。上位机通过COM组件调用模糊PID运算，实现精确的流量控制。
【关键词】：MSP430单片机 模糊PID控制器 VB6.0
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP273.4;TH814
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 课题的研究背景9
• 1.2 微量计量泵简介9
• 1.3 MSP430 单片机简介9-10
• 1.4 计量泵机电一体化的发展10-11
• 1.5 微量计量泵的国内外现状和发展趋势11-12
• 1.6 课题研究的意义12
• 1.7 课题主要研究内容和框架12-13
• 2 微量计量泵系统建模和模糊PID控制器设计仿真13-31
• 2.1 微量计量泵的工作原理13
• 2.2 控制系统结构分析13-14
• 2.3 控制系统数学模型14-21
• 2.3.1 驱动器数学模型14-15
• 2.3.2 两相混合步进电机数学模型15-20
• 2.3.3 同步带的数学模型20-21
• 2.3.4 光电编码器的数学模型21
• 2.4 PID控制理论21-23
• 2.5 模糊控制原理23-24
• 2.6 模糊PID算法24-25
• 2.7 模糊PID控制器的设计方法25-28
• 2.8 模糊PID控制算法的Matlab仿真28-30
• 2.9 小结30-31
• 3 微量计量泵控制系统硬件设计31-40
• 3.1 控制系结构及工作原理31
• 3.2 主控芯片及外围电路设计31-37
• 3.2.1 主控芯片的选择31-32
• 3.2.2 单片机工作的最小系统32-33
• 3.2.3 操作按键电路33-34
• 3.2.4 数字显示电路34-35
• 3.2.5 光电传感器电路35-36
• 3.2.6 上位机通信电路设计36
• 3.2.7 报警电路36-37
• 3.3 步进电机驱动电路设计37-38
• 3.4 光电编码器的选择与连接38
• 3.5 电源转换电路设计38-39
• 3.6 硬件抗干扰设计39
• 3.7 小结39-40
• 4 系统软件构成40-49
• 4.1 软件开发环境40-42
• 4.2 系统软件的结构42-47
• 4.2.1 主程序设计42-43
• 4.2.2 按键操作与延时消抖模块43-44
• 4.2.3 步进电机驱动控制程序44-45
• 4.2.4 转速检测模块45
• 4.2.5 LCD1602 液晶显示模块45-46
• 4.2.6 上位机通信模块46-47
• 4.2.7 报警处理模块47
• 4.3 软件抗干扰设计47-48
• 4.4 小结48-49
• 5 上位机软件的实现及VB界面设计49-56
• 5.1 模糊PID控制算法的实现49-50
• 5.2 VB内核中调用COM组件50-53
• 5.3 微量计量泵登录界面53-54
• 5.4 系统整体测试54-55
• 5.5 小结55-56
• 结论56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-60
• 附录A 控制系统硬件原理图60-61
• 附录B 控制系统硬件PCB图61-62
• 攻读学位期间的研究成果62

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