基于计算机网络的PID温度控制系统的研究与实现

发布时间：2017-07-15 10:01

  本文关键词：基于计算机网络的PID温度控制系统的研究与实现

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【摘要】：随着信息技术的发展,工业控制技术与信息技术的结合使得传统温度测量技术进入了一个新的篇章,仪器仪表的发展也逐渐向着智能化、多功能化以及网络化的目标高速发展。PID温度控制仪是指采取PID(Proportion Integral Derivative比例积分微分)算法的一类控温仪器。在对市场上所销售的PID温度控制仪进行了小规模调研后发现,虽然大多数PID温度控制仪已经实现了控温参数模糊自整定,在控制小范围单一区域温度时有着不错的表现。然而,当遇到密闭或开放状态下的大中型腔体这类复杂的环境时,因腔体形状复杂而导致不同位置温度差异很大,这是由于这类被控对象内的温度具有非线性与时变性等这类不稳定的特性造成的。因此,如果仅使用一台PID温度控制仪采用传统的控温方法,因受到仪器控温区域有限和控温方法单一的限制,往往无法达到精准控温。这就要求采用多个温度控制仪进行协同控温。即使这样,在面对这类应用方案时,又受到产品串口传输速率和传输距离的限制的同时也没有一个高效的管理平台来对这些仪器进行统一的管理,无法让它们发挥出高效地协同控温的能力。在这样的一个背景下,本文试图研究和开发一个基于以太网的嵌入式智能PID温度监控系统,在采用ARM单片机替代传统的51单片机的同时选用虚拟仪器软件作为温控仪管理平台,依托以太网数据传输速度快和数据传输距离广等优势,将多个PID温度控制仪通过以太网与计算机相结合来解决多点协同温度控制与监测的问题。
【关键词】：嵌入式 控制采集 协同控制 实时传输 温度控制仪
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 课题背景及其实际意义8-9
• 1.2 本课题的历史与现状9-11
• 1.2.1 发展概况和发展趋势9-10
• 1.2.2 国内外实例10-11
• 1.3 研究内容与技术路线11
• 1.4 本文结构11-12
• 第2章 PID温度控制系统的嵌入式硬件体系架构及工业以太网的系统结构12-26
• 2.1 ARM内核微处理器12-13
• 2.2 ARM-Cortex M系列微处理器以及ARM-Cortex M0内核13-16
• 2.2.1 ARM-Cortex M系列微处理器的特点13
• 2.2.2 ARM-Cortex M0内核13-14
• 2.2.3 ARM-Cortex M0内核芯片SWM12LQ64FA14-16
• 2.3 嵌入式软件开发工具Keil μvision4的简单介绍16
• 2.4 以太网的系统结构16-17
• 2.5 工业以太网的OSI参考模型17-18
• 2.6 IEEE 802.3 标准18-19
• 2.6.1 物理层和数据链路层的规范18
• 2.6.2 数据帧格式18-19
• 2.7 IP网络协议19-21
• 2.8 TCP和UDP协议21-25
• 2.8.1 UDP协议21-23
• 2.8.2 TCP协议23-25
• 2.8.3 ARP协议25
• 2.9 本章小结25-26
• 第3章 基于计算机网络的PID温度控制系统的下位机软硬件的实现与设计26-42
• 3.1 SWCT系列智能温控仪的简单概述26-27
• 3.2 基于计算机网络的PID温度控制系统的下位机硬件的实现27-30
• 3.2.1 电源管理模块的硬件实现27
• 3.2.2 温度测量电路的硬件实现27-28
• 3.2.3 按键和显示功能模块的硬件设计28-29
• 3.2.4 以太网接口模块的硬件设计29-30
• 3.3 基于计算机网络的PID温度控制系统的下位机软件设计与实现30-41
• 3.3.1 热电偶冷端补偿的软件实现30
• 3.3.2 按键和显示功能模块的软件实现30-33
• 3.3.3 模糊自整定PID控制算法的软件实现33-36
• 3.3.4 温度控制程序的软件实现36-37
• 3.3.5 温度采集程序的软件设计37-38
• 3.3.6 数字滤波程序的软件设计38-39
• 3.3.7 以太网数据传输的软件设计39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 基于计算机网络的PID温度控制系统的上位机软件设计42-58
• 4.1 基于计算机网络的温度监控软件的总体程序设计42-47
• 4.1.1 系统人机交互界面设计42-43
• 4.1.2 虚拟仪器仪器软件LabWindows/CVI 2009的简单介绍43-44
• 4.1.3 以太网通讯模块的软件设计44-46
• 4.1.4 图形显示程序设计46-47
• 4.2 子程序模块设计47-57
• 4.2.1 参数设置模块设计47-48
• 4.2.2 数据采集模块设计48-50
• 4.2.3 数据处理模块设计50-51
• 4.2.4 实时数据显示模块设计51-52
• 4.2.5 温度及设备异常报警模块的软件设计52-54
• 4.2.6 数据存储模块设计54-55
• 4.2.7 历史数据显示模块设计55-56
• 4.2.8 打印功能模块设计56-57
• 4.3 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-62
• 致谢62

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本文编号：543342