【毕业设计.论文】基于单片机的氧指数仪控制器开发.docVIP

新型智能氧指数测定仪的开发 罗超1，张赤斌1，张怀礼2 （） 关键词：氧指数；控制器；参数自整定；模糊PID控制 Development of the Controller for Oxygen Index Tester Based on MCU LUO Chao1，ZHANG Chi-bin1，ZHANG Huai-li2 （1.School of Mechanical Engineering，Southeast University，Nanjing 2100962. Nanjing Novh Science and Technology Ltd.，Nanjing 210000，China) Abstract: To meet the latest national standards, while improving the accuracy and efficiency of oxygen index tester, a controller for smart oxygen index tester based upon microprocessor was designed. This paper introduces the measuring principle of oxygen index, and it is concentrated on the overall design and hardware design of the controller. Then the paper introduces a parameter self-tuning Fuzzy-PID control algorithm for the controller and its software implementation. Experimental results show that the controller meets the requirements of national standards, with outstanding performance and strong applicability. Key words: oxygen index；controller；parameter self-tuning；Fuzzy-PID control 随着阻燃材料阻燃效果鉴定、燃烧性能评价等相关研究显得重要。国内外对材料燃烧性能的测试提出多种方法，如氧指数法、水平燃烧法、垂直燃烧法、直接燃烧法等。其中用氧指数法衡量材料的阻燃性能得到了广泛的。 测材料氧指数的仪器称为氧指数仪，顺应市场，开发了氧指数仪 1 测定原理及总体设计 1.1 氧指数测定原理 国家标准对氧指数法的原理表述如下：将一个试样垂直固定在向上流动的氧、氮混合气体的透明燃烧筒内，点燃试样顶端，并观察试样的燃烧特性，把试样连续燃烧时间或试样燃烧长度与给定的判据相比较，通过在不同氧浓度下的一系列试验，估算氧浓度的最小值[3]。 分析可知，要实现氧指数的测定，氧指数仪的核心在于实现不用氧浓度混合气体的精确配制。氧指数仪配制不同浓度的混合气是通过调节两路气源（已知纯度的氧气和氮气）的流量来实现的，这种方法称为动态配气法[4]。  图 1 智能氧指数仪整体结构示意图 1.2 总体方案设计 图1所示为智能氧指数仪整体结构示意图，主要由控制器、信号传感器、流量控制阀、触摸屏等组成。可将其分为两个核心功能模块：人机交互模块、配气模块。 1.2.1 人机交互模块 人机交互模块的核心是一块触摸屏，配合相应的中文操作界面，集成了实验参数录入、实验流程引导、实验信息显示以及实验数据记录等实用功能。此外，实验数据可通 过USB接口保存至U盘，然后用配套的上位机软件进行数据管理及生成报表。 1.2.2 配气模块 配气模块的主要功能是实现所需氧浓度混合气体的自动精确配制，根据触摸屏输入的气源参数及所需混合气体的氧浓度，控制器MCU计算得到两路气体的目标流量值，然后输出控制信号以驱动控制阀，流量传感器和氧传感器实时检测两路气体的流量和混合气体的氧浓度，并经由ADC反馈给MCU，控制器则按预先编制好的控制算法调节输出控制信号，直到所配混合气体的实 时氧浓度达到设定值，并趋于稳定。 2 控制器硬件设计 控制器以STC12系列增强型单片机 图2 控制器硬件结构图 2.1 控制核心 选用STC12系列增强型单片机该单片机是单时钟/机器周期（1T）的单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度比普通8051快8-12倍。内 部集MAX810专用复位电路、PWM，具有很强的抗干扰能力 2.2 传感器及信号采集电路 本系统所需采集的模拟信号主要为两 路气体的流量