吊篮式冷热冲击试验箱嵌入式控制系统设计

摘要

随着科学技术的快速发展，各行业领域对产品的可靠性不断提出新的要求与标准。随着测试标准的日渐提高，作为产品可靠性测试重要工具的环境试验设备的性能要求也是越来越高，特别是环境设备控制系统的性能与功能，与试验设备性能密不可分。但国内环境试验设备的控制系统主要件均依靠通用工控系统，专用化程度不高，使得国内环境试验设备技术发展受到了一定阻碍。
　　本课题来源于企业内部项目，以环境设备中的吊篮式冷热冲击箱为试验对象，采用嵌入式技术，研发出达到国际水平的环境试验设备控制器，在提高性价比的同时，建立具备厂家特色的控制系统。本文设计内容主要如下:
　　通过分析吊篮式冷热冲击箱的工作原理与现有技术指标，指出与控制系统相关的技术指标并提出改进要求及方案，相关的技术指标有试验箱内部工作温度偏差、温度波动性、温度升降速率等。
　　嵌入式触摸控制器及测控模块的硬件设计。首先是硬件框图设计，根据控制需求提出硬件配置，并选取适用的主要芯片。控制器为人机界面及主要算法的处理平台，其主要处理区需具备超高的数据处理能力;而测控模块则是为设备传感器的数据采集端及各种IO控制的硬件平台，因此需要多路传感器输入与多IO资源。
　　制冷系统的优化设计。通过分析旧复叠式制冷系统的不足之处，指出以热力膨胀阀作为节能结构的弊端，包括响应慢、自动化程度低、冷凝蒸发器利用效率低等。提出利用电子膨胀阀的数字控制特性且控制精度高的优点，提升制冷系统的自动化程度与最大效率地利用冷凝蒸发器，提高了制冷效率。
　　嵌入式触控控制器的主要软件实现。根据应用需要，控制器的嵌入式系统选用Linux，且研究了人机界面、软PLC的实现方法，对自适应PID算法进行了分析;测控模块的嵌入式系统选用uC/OS-Ⅱ，主要软件包括防脉冲均值数字滤波算法及电子膨胀阀的控制方法。
　　技术指标验证，根据环境试验测试标准，准备相应工具对优化后的设备进行指标验证。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．3 本课题研究内容

第二章 冷热冲击试验箱控制系统总体分析

2．1 冷热冲击试验箱工作原理

2．1．1 冷热冲击试验箱构成

2．1．2 吊篮冲击装置工作原理

2．1．3 加热、制冷、风循环系统工作原理

2．1．4 控制系统的构成

2．2 控制系统需求分析

2．2．1 冷热冲击试验箱主要技术指标

2．2．2 控制系统功能需求

2．3 控制系统总体设计

第三章 嵌入式控制系统硬件设计

3．1 控制器硬件设计

3．1．1 控制器硬件框图设计

3．1．2 Exynos4412芯片简介

3．1．3 主要硬件电路设计

3．1．4 可靠性设计

3．2 测控模块硬件设计

3．2．1 测控模块硬件框图设计

3．2．2 LPC1758芯片简介

3．2．3 主要硬件电路设计

3．3 数字化控制制冷系统改造

3．3．1 原有制冷系统

3．3．2 基于电子膨胀阀的优化设计

第四章 系统软件设计

4．1 控制器系统软件设计

4．1．1 人机界面设计

4．1．2 嵌入式软PLC的实现

4．1．3 自适应PID算法

4．2 测控板系统软件设计

4．2．1 防脉冲干扰平均滤波算法

4．2．2 电子膨胀阀控制方法

第五章 实验及结果分析

5．1 测试方法

5．2 功能测试

5．2．1 设备控制测试

5．2．2 单点温度值测量

5．3 设备技术参数检验

5．3．1 整体温度参数测量

5．3．2 温度指示误差

5．3．3 温度偏差

5．3．4 温度波动度

5．3．5 温度均匀性

5．3．6 升降温速率

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文及其他科研成果

声明

致谢