便携式低氧帐篷自动监控系统设计与开发

论文摘要

高原低氧训练在提高运动员成绩的同时也存在不少弊端。随着各种低氧技术的产生,人们成功地实现了高原低氧环境的模拟。但是国内的相关研究还不成熟,低氧环境自动控制功能还不完善,国内对低氧帐篷的研究也才刚刚起步。传统的人工控制低氧环境很难达到要求,基于凌阳16位单片机开发了一套便携式的低氧帐篷氧浓度自动监控系统。该系统选择轻便耐用、性价比较高的设备,因此其便携性和实用性也更加突出。与以往流量控制系统中控制阀门开度大小的控制方式不同,系统采用控制阀门开通时间来调节氧气浓度的控制策略:当氧气浓度误差较大时采用直接打开或关闭阀门的控制方式,当误差较小时采用模糊控制方式。设计了一个双输入单输出的模糊控制器,通过模糊控制器量化因子和比例因子随系统偏差的自适应调整,改善了系统的稳态性能。先从整体上介绍了监控系统的框架结构,接下来对系统进行分析与设计。硬件部分设计了系统信号转换电路、阀门驱动电路等;软件部分给出了主程序及各功能模块的流程图。系统实现了低氧帐篷氧气浓度的自动监控和二氧化碳浓度的实时监测以及历史数据查询、异常情况报警等功能。最后,对系统功能和性能进行了测试。实验结果表明,开发的低氧帐篷系统可将帐篷内的氧气浓度快速稳定在允许的误差范围内,实现了无人值守时氧气浓度自动调节功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 低氧环境的产生及发展
• 1.2 低氧环境的应用
• 1.3 国内低氧环境训练系统现状
• 1.4 课题研究意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 便携式低氧帐篷控制策略及模糊控制器设计
• 2.1 便携式低氧帐篷控制系统分析
• 2.2 基于阀门开通时间的控制策略
• 2.3 低氧帐篷模糊控制系统设计
• 2.3.1 基本控制器设计
• 2.3.2 改进的模糊控制器设计
• 第三章 便携式低氧帐篷自动监控系统开发
• 3.1 便携式低氧帐篷系统设备选型
• 3.2 控制系统总体结构与工作原理
• 3.3 控制器选型
• 3.4 控制系统的硬件设计
• 3.4.1 输入输出接口分配
• 3.4.2 信号采集与转换模块
• 3.4.3 控制信号输出模块
• 3.4.4 数据显示模块
• 3.4.5 其它模块
• 3.5 控制系统的软件设计
• 3.5.1 主程序设计
• 3.5.2 系统初始化子程序
• 3.5.3 数据检测子程序
• 3.5.4 按键子程序
• 3.5.5 数据显示子程序
• 3.5.6 模糊控制算法软件实现
• 第四章 实验数据分析及系统评价
• 4.1 实验及数据分析
• 4.2 系统评价
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A （攻读硕士学位期间发表论文目录）
• 附录 B （原始实验数据）