微波污水处理自动控制系统的研究

【摘要】：随着社会工业的发展,污水严重的污染我们的生存环境,然而传统的污水处理方法由于投资大、占地多以及开发周期长等因素,阻碍了污水处理技术在实际应用中的推广,同时由于其处理效果不尽如人意,所以引发各国对新的污水处理技术的关注。本文针对的就是新兴的污水处理技术—微波污水处理技术的研究。 通过对微波污水处理的工作原理和工艺的研究,明确了微波功率以及污水处理中相关的药剂投放量对污水处理系统的性能的影响,同时明确了微波污水处理技术中相关的控制量,并以此作为系统构成的依据。考虑本系统的控制量多、信号复杂,提出了本微波污水处理系统采用上位机和下位机构成的控制方式,其中嵌入式系统作为上位机负责对现场设备工作方式的设定、控制量调节信息的运算及整个系统的工作调度等,下位机则作为现场设备的直接控制单元,对现场设备的工作信息进行信号采集、转换与处理,并且对系统的各个部分制定了专门的EMC防护方案。同时针对微波污水处理控制系统方案,进行了整体的硬件电路设计,包括微波发生器系统的设计、微波发生器系统中磁控管高压的全数字移相触发电路设计、下位机信号采集与处理模块设计以及上位机嵌入式系统与下位机的通信设计,并且在具体的设计中进行了专门的信号隔离工作。 为了改善当前微波污水处理系统的不足,提高微波污水处理系统的控制精度、稳定性及经济性,对当前比较流行的控制算法进行比较,最终确定了自整定模糊PID算法作为微波污水处理系统中水质指标COD、SS、PH以及微波功率调节与稳定影响因素中阳极高压、阳极电流、灯丝电流调节与稳定的控制算法,并对微波污水处理系统进行整体的软件设计,包括上位机嵌入式系统平台的创建、微波功率调节与稳定的软件实现、污水水质处理的软件实现、上位机SPI通信实现(制定通信协议的格式)、人机交互界面的设计、下位机部分的信息采集与处理的软件实现、下位机的SPI通信的实现(通信协议具体化实现),以此实现微波污水处理自动控制系统的设计。 【关键词】：微波污水处理 嵌入式系统 下位机 自整定模糊PID 人机交互界面 EMC
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP273;TN015
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景及意义10-12
• 1.1.1 课题研究的背景10-11
• 1.1.2 论文的研究意义11-12
• 1.2 微波污水处理系统的研究现状12-13
• 1.2.1 微波污水处理技术的发展12
• 1.2.2 微波污水处理性能的研究12-13
• 1.2.3 当前微波污水处理系统的不足13
• 1.3 本课题研究的主要工作13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 第二章 微波污水处理自动控制系统的方案设计15-28
• 2.1 微波污水处理工艺15-16
• 2.2 微波污水处理系统的构成16-17
• 2.3 微波功率调节与稳定的分析17-20
• 2.3.1 微波发生器的组成17
• 2.3.2 磁控管内电场与磁场的关系17-19
• 2.3.3 磁控管的工作特性分析19-20
• 2.4 微波发生器控制系统构成20-21
• 2.5 微波污水自动处理系统解决方案21-27
• 2.5.1 污水处理部分控制方案22
• 2.5.2 微波发生器系统功率稳定方案22-25
• 2.5.3 下位机信号采集与处理模块解决方案25-27
• 2.5.4 嵌入式系统解决方案27
• 2.6 本章小结27-28
• 第三章 微波污水处理控制系统的硬件设计28-57
• 3.1 微波发生器系统的设计28-44
• 3.1.1 微波系统电源电路设计28-29
• 3.1.2 信号采集与控制电路设计29-32
• 3.1.3 微波发生器安全设计32-33
• 3.1.4 磁控管阳极高压调节设计33-44
• 3.1.4.1 磁控管阳极高压调节整体设计33-36
• 3.1.4.2 移相脉冲触发模块设计36-44
• 3.2 下位机MSP430数据采集处理模块设计44-54
• 3.2.1 下位机MSP430处理模块最小系统设计45-46
• 3.2.2 下位机数据量采集设计46-50
• 3.2.3 下位机控制信号输出设计50-53
• 3.2.4 下位机与上位机的通信设计53-54
• 3.3 嵌入式系统模块设计54-56
• 3.3.1 核心板电源设计54-55
• 3.3.2 LCD触摸屏及外围接口电路设计55-56
• 3.3.3 系统调试接口56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 微波污水处理控制算法研究57-69
• 4.1 微波污水处理控制算法选择57-59
• 4.1.1 传统PID控制与模糊控制的特点57-58
• 4.1.2 模糊PID控制器的选择58-59
• 4.2 模糊自整定PID算法的实现59-62
• 4.2.1 精确量的模糊化运算60-61
• 4.2.2 建立模糊控制规则61-62
• 4.2.3 模糊推理与清晰化62
• 4.3 离线获取控制表62-67
• 4.4 微波污水处理算法仿真67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第五章 微波污水处理整体软件设计69-91
• 5.1 上位机嵌入式软件设计69-82
• 5.1.1 嵌入式开发环境69-71
• 5.1.2 上位机嵌入式开发与设计流程71-72
• 5.1.3 上位机微波功率调节与稳定软件的实现72-74
• 5.1.4 上位机污水处理部分软件设计74-75
• 5.1.5 上位机的SPI通信75-79
• 5.1.6 基于QT/E的GUI设计79-82
• 5.2 下位机数据采集与处理模块软件设计82-90
• 5.2.1 下位机开发环境IAR83-84
• 5.2.2 下位机端口配置及信号处理84-85
• 5.2.3 下位机与上位机的通信设计85-90
• 5.3 本章小结90-91
• 第六章91-93
• 6.1 总结91-92
• 6.2 展望92-93
• 参考文献93-95
• 附录A 磁控管高压移相脉冲电路(一)95-96
• 附录B 磁控管高压移相脉冲触发电路(二)96-97
• 附录C 磁控管高压移相脉冲触发电路(三)97-98
• 附录D 下位机电路(一)98-99
• 附录E 下位机电路(二)99-100
• 附录F 下位机电路(三)100-101
• 附录G 下位机电路(四)101-102
• 详细摘要102-104
• Abstract104-105

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