基于ARM9的液态气体组网监控系统设计

发布时间：2018-11-20 07:56

【摘要】：液态气体在工业生产中已被广泛应用,对于液态气体的存储,通常需要测量其在存储罐内的温度、液位等参数,以判断其余量不足或发生泄露。但液态气体普遍存在如低温、有毒等问题,且一般以罐群方式存储,不便直接测量上述参数。如何在液态气体余量不足时自动进行灌装以维持存储罐内温度和液位的稳定,以及在发生泄漏事故时报警并紧急关闭控制阀,实现液态气体存储的智能化监测和控制显得尤为重要,相关仪器的研发一直是国内外学者研究的热点。目前,国内外相关仪器通常采用老式按键控制、液晶显示,存在功能简单、实时响应性差、设备组网性能差缺点。针对现有设备的使用特点,为了增加用户体验、联动控制、测量精度、反应速度,本文提出了一种基于ARM9硬件平台运行于WinCE环境下的液态气体温度及液位多设备组网测控系统设计方案,通过传感器、反馈控制和智能状态显示等过程,提高WinCE环境下多台液态气体组网监控系统的自动反馈控制能力、解决多台设备之间组网联动时通信的冲突问题以及提高采集传感器数值的精度。系统采用7寸触摸液晶屏改变用户体验,底层数据采集板采集数据,通过232接口与液晶屏传递数据。论文主要难点是WinCE环境下的软件算法,实现高效组网反馈控制,以及提高精度的屏蔽硬件差异的算法。论文的工作内容体现在以下几个方面:(1)针对现有反馈控制系统功能单一的问题,在WinCE平台上设计反馈控制系统,预警并启动辅助联动后进行自动反馈控制。自动反馈控制时,在模糊反馈控制算法基础上改进并提出了多条件区间模糊动态反馈算法,利用该算法实现多线程任务和定时器配合的软件程序,完成针对预设条件区间进行的反馈控制。因此调控条件不再是单一门限,而是动态的可以由用户预设而改变的区间。系统经现场测试验证了方案的可控性,响应速率小于0.1秒。(2)针对液态气体罐群的控制需要,多台设备间必须进行通信联动,为解决多设备联动时通信碰撞的问题,在查表和分组算法的基础上提出了在WinCE环境下的485总线设备间的复合型通信防碰撞算法。组网系统采用标准输出半双工RS485总线接口,可供上位机读取记录。应用碰撞绕避算法的液态气体监控系统,经现场测试验证了方案的可靠性,成功应用于5台设备组网联动通信控制。(3)本文研究的PT1000电阻型温度传感器在底层数据采集板测量过程中,随温度范围变化而改变阻值,通过运放电路转换为电压信号,经A/D转换后得到数字电压值。由于硬件差异,得到的电压值却与温度变化成非线性关系,而温度差异会造成反馈控制判断不准确。为了更精确的量化测量温度值,在曲线拟合算法基础上改进并提出逐次逼近曲线拟合算法,通过多个温度采样点在软件内部进行多点分区间曲线拟合校准,得出温度与电压的区间关系公式组,经过这些公式组得出的数字电压值与传感器的阻值及真实温度有很好的匹配,可以极大消除由运放的非线性特性和电阻精度误差造成的原测量过程测量值误差很大的现象,最终达到屏蔽硬件差异的效果。最后将测量结果存储在WinCE数据库文件里并进行实时显示。该算法经现场测试验证了方案的可靠性和稳定性,系统精度达到1.5%。
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【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ116;TP277

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