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基于嵌入式水质综合生物毒性在线自动分析仪控制器关键技术的研究

张波

   随着水体污染的日益严重,环境治理工作变得愈发重要。作为水质污染程度检测前端设备的水质毒性分析仪器作用巨大。当前的水质检测仪器大多仅能对某几种物理或化学成分做出检测,而无法实现综合毒性的分析,并且大多无法实现长时间地在线工作。 本文采用了先进的嵌入式技术、信息技术、通信技术和自动控制技术设计实现了一种水质综合生物毒性在线自动分析仪。它采用明亮发光菌作为生物传感器实现水质综合毒性的检测分析;无人干预连续工作时间比较长;结合先进的互联网技术进行设计,能够与远程控制中心进行实时数据信息交互。 本文主要针对水质综合生物毒性在线自动分析仪控制器实现过程中采用的关键技术进行研究,解决设计中出现的相关问题并对系统予以实现。论文主要的研究内容和研究成果包括: 1、对控制器设计过程中出现的EMC问题展开理论研究分析,从而提出高速线路板设计中抗干扰设计的解决方案。采用Mentor公司高速PCB仿真软件hyperlynx建立仿真模型对PCB的布线参数进行仿真选择,进而对完成的PCB方案进行信号完整性和EMC仿真,最后确定系统EMC设计的最佳方案。另外,对系统设计中遇到的感性器件电磁干扰问题进行了理论分析,从而得出系统设计中感性器件电磁干扰的抑制措施。 2、实现了样本盘定位用二相混合式步进电机细分闭环控制算法的设计。通过分析得出了一个精确的二相混合式步进电机数学模型。通过对步进电机细分原理的分析,提出了一个恒转矩电机细分驱动的数学模型。为实现对电机地精确闭环细分控制,提出了一种模糊自整定PI控制方法。根据模糊控制理论设计选择了模糊控制器的控制规则和参数,从而设计完成了一个稳定性好,精度比较高的步进电机细分闭环控制系统。 3、针对Linux操作系统和ARM控制器搭建了相应的交叉编译环境,用于具体的操作系统移植和系统软件开发。针对ARM嵌入式硬件平台移植了引导加载程序vivi,嵌入式Linux内核和Cramfs文件系统。 4、完成了系统硬件架构的设计,并对本文用到到部分硬件电路进行设计;完成了系统软件架构设计,主要针对本文用到的部分硬件设备驱动进行了设计。 5、结合机械部分进行了设备联合调试工作。最后采用明亮发光菌进行试验,并对仪器采集的数据进行了分析。 通过对设备测试结果和联合实验采集到的毒性数据结果的分析表明,分析仪控制器的性能基本达到了设计初期的预定目标。……   
[关键词]:嵌入式系统;分析仪控制器;EMC;混合式步进电机;模糊自整定PI控制
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江理工大学2010年