2  总体方案设计

    本次毕业设计的课题是设计某型微反应实验装置控制系统的远程控制软件，保证在远端PC机上能对微反应实验装置进行有效监测，最终为该型微反应实验装置的工程研制提供帮助。这个微反应实验装置由两个操作仪器构成的进料系统、浴池加热系统、微混合单元、温度、压力、液位检测系统等分布组成。微混合单元是主要的反应区域，在分布管线的输入输出下传递反应物料，可以实现不同状态、不同种类的小规模化学反应。其实物图和原理图如下面两图所示。

图2。1 实验装置实物图

图2。2  实验装置原理图

设计要达成的主要任务有：

 对进料系统、加热系统、微混合单元进行实时的数据采集（压力、温度、液位）。

 传感器采样并且转换的数据能够准确、快速的传送到上位PC机上。

 客户机上可以设置控制、操作、观看等权限。

 操作界面友好，功能完善。

 要具有一定的实时性要求、被监测数据精度的要求、控制信号准确、以及整个系统（软硬件）的稳定性。

通过对这个系统分析，结合课题要求：为了能对微反应装置进行实时的监控，要使实验设备与监控系统一体化，满足实验研究人员能通过PC机来进行微反应系统全程的监控、数据采集，并且保持整个过程的效率。而为完成远程监控，需要获取微反应系统中传感器的数据（主要是压力、温度、液位的电信号），将数据采样至下位机转换，通过串口通信进行数据传输，再在上位机上面进行监测。同时上位机可以发出指令，引导动作。也即是设计的基本控制系统要包括微反应系统（已给出）、下位机以及上位机。文献综述

图2。3  总体控制系统图

本次毕业设计重点是远程监控程序的实现，所以文中主要讲述上位机部分的设计，下位机部分进行粗略描述。

2。1  下位机总体设计

对于下位机系统，主要是硬件电路的设计和编程。硬件电路应当包括主控芯片电路、接口电路、无线通信电路等。考虑到硬件电路中的主控芯片需要出色的数据处理能力、较高的运算速度，可选用stm32芯片；通信电路在远端时可以采取通许距离远，抗干扰强的无线串口RS232 数据传输模块，在近端时直接usb连接PC机；DMA技术的接口传输电路联系传感器与下位机以及各模块电路。在完成每一部分的电路设计后，可以进行仿真，并制作成硬件电路板。然后对下位机硬件系统编程，考虑到系统复杂度，可以采用ucosⅢ等实时操作系统来完成。

2。2  上位机总体设计

对于上位机系统，为了能够对微反应实验装置进行实时的监控，设备与控制系统一体化集成，采用LabVIEW程序来设计人机交互系统，运用虚拟仪器技术在上位端PC实现微反应系统的虚拟表达。按照微反应系统和课题要求，在上位机程序的主界面上搭建好简易的微反应实验装置，摆放好温度传感器，压力传感器、液位传感器的数据监控窗口显示控件，按照流程（前面板设计，框图程序设计节点，框图程序设计连线，运行程序与保存）进行程序的编制，完成要求的的系统界面和程序功能。

3  下位机系统设计

3。1  主要硬件选择

考虑到实时性要求（强大的数据处理能力、运算速度）以及这个设计课题中要对多个传感器进行数据采样并向上位机程序传输，采用德了意法半导体最近两年最新研发出的，针对高性能、低成本、低功耗的控制项目需求的以cortex-M4为内核的控制芯片stm32f407。这个芯片主要性能参数和外设如下表：