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1、南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文）学院（系）： 电子与电气工程学院专 业： 自动化 学 生： 张铁刚 指导教师： 尹应鹏 完成日期 2014年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）反应釜温度控制系统设计Design of Reactor Temperature Controlling System 总计：毕业设计（论文）25页表格：6个公式：3个 插图：24幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）反应釜温度控制系统设计 Design of Reactor Temperature Controlling System 学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 自动化
2、 学 生 姓 名： 张铁刚 学 号： 1209624009 指 导 教 师： 尹应鹏 （导师） 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院 Nanyang Institute of Technology 反应釜温度控制系统设计反应釜温度控制系统设计 自动化 张铁刚摘 要 本设计以STC公司生产的8位STC89C52单片机为硬件核心处理器,首先，通过PT100热电阻型传感器采集反应釜内温度值,然后再通过使用双向积分型A/D模数转化器TLC7135将脉冲信号经过标度转化为单片机可处理的脉冲频率信号送给STC单片机处理，并通过液晶显示模块LCD1602显示电压值、脉冲值及温度参数值等信息。设计
3、流程结构上采用模块化分割设计，先将各个模块设计出来再通过主程序调用各个模块，具有可读性好，移植性强，便于发现解决问题。关键词 单片机；PT100；LCD1602Design of Reactor Temperature Controlling System Automation Specialty Zhang Tie-gangAbstract:Hold this design by famous STC companys eight STC89C52 single-chip microcomputer as the hardware core processor,first of all, t
4、hrough the thermal resistance PT100 temperature sensor acquisition in the reaction kettle,and then through the use of double integral type A/D module converter TLC7135 pulse signal through scale into pulse frequency signal to microcontroller can pick up on STC microcontroller processing,and through
5、LCD1602 LCD module display the voltage value,pulse and temperature parameter values and other information.Modular division is used to design structure of design process, first the various modules designed by the main program calls each module, has a good readability, portability, easy to find and so
6、lve the problem.Key words：STC89C52; PT100; LCD1602目 录1 引言12 系统的总体方案设计22.1 方案比较22.2 控制系统总体设计32.3 温度控制系统总体方框流程42.4反应釜控制总体流程设计42.5 系统软件总体设计53 温度控制系统硬件设计53.1 温度控制系统硬件设计原则53.2 微处理器应用63.3 A/D模数据转换设计73.3 温度检测模块设计83.5 操作界面93.6 液晶显示单元设计103.7 按键电路设计113.8 数据保护电路设计123.9 驱动控制部分133.10 电加热型反应釜134 温度控制系统软件设计144.1软件
7、设计概述144.2 按键模块设计144.3 液晶显示模块设计154.4 主控制器模块软件设计165 系统的调试运行结果及分析195.1系统调试195.2系统运行结果19结束语22参考文献23附录24致谢25 II1 引言反应釜广泛应用于染料、医药、石油化工及大专院校隶属的科研单位，凭借它优良的密封性克服了机械密封和填料密封无法解决的泄漏问题，是易燃、易爆、剧毒、贵重等物质加温、加压搅拌反应的理想设备容器，也是目前市场上最理想最流行的无泄漏反应装置2。上世纪四十年代以前,反应釜的生产绝大多数处于刚刚起步阶段,更多的还是沿用传统的压力表、温度计等仪器仪表类设备，操作工人主要是根据反映物质主要工艺参
8、数的仪表指示情况,用来改变化学反应条件,生产过程完全依赖于经验和手工操作进行,不仅操作的劳动强度大,控制精度不高,而且一旦发生操作失误，极容易引发安全事故的发生2。随着计算机和电子技术的迅猛发展，传统的化工过程监控方法也面临了前所未有的冲击,许多的人开始把目光转向研究各种反应釜的自动控制装置。从七十年代以来,国外温度控制系统发展迅速并在智能化自适应参数自整定领域取得显著突破性成果,并且制造出了一大批适合市场要求的商品化性能优异的温度控制器设施及仪器仪表,温度控制系统及仪器仪表正以高精度智能化、小型化等方向快速发展3。温度控制系统在国内的各行各业的应用虽已十分广泛，但从国内生产的温度控制器来看总
9、体发展状态来看仍然处于初级阶段，与同时期国外先进国家相比仍然有着较大差距。我国在这方面总体技术水平处于二十世纪八十年代中后期水准状况，成果产品主要以点位控制及常规的PID控制器为主打，仅仅只能适用于常规系统控制难于控制滞后复杂时变的温度系统控制为主2。踏入21世纪以后智能温度控制器正以多功能、高精度、高可靠性、总线标准化及安全性等方向快速发展。 近年来，多种控制方式如雨后春笋应运而生，如：PID控制、神经网络、模糊控制及遗传算法控制等各种先进控制理论3。这些技术提升了控制控制系统的精度，不仅使控制变得越来越简便，而且使产品的质量更好，同时也大大的降低成本，提高生产效率，但是，高昂的设备投资成本
10、费用，仍然让许多中小企业望而却步3。单片微型计算机的功能不断增强，提供了许多行之有效的先进的控制算法，许多高性能的新型机种得到应用，尤其是单片机，依据其特性优点成为自动化控制领域中的重要器件。在自能控制系统领域中，单片机占据着不可或缺的地位，比如：用于自能玩具的生产开发，家用电器的智能化以及商务应用，甚至部分军事应用。在我们的生活中无处不在的使用单片机及以此为基础的延生的各种控制芯片。伴随着社会的进步，人类生活的智能化及生活观念的进步提高，人们对工业智能化的需求也越来大，迫切需要不断进步提升，而单片机恰恰能够满足人们这一愿望，尤其是对于要求精度不是太高且成本较低的情况。自能控制领域低成本、多功
11、能、智能化将是未来其发展的重要方向。同样，反应釜的智能控制也将是其未来发展的重要方向。2 系统的总体方案设计2.1 方案比较从目前流行的控制方法而言，重要的控制理论有以下几类：（1）比较控制法：其定义就是通过比较当前参数与设定参数值之间的关系，进行指令输出控制，如果当前参数值比设定参数值高，则相应操作；同理，如当前参数值比设定参数值低，则同样做出设定操作控制1。这种比较温度控制方法比较容易理解，也很容易能够实。国内许多企业就是使用的这种简单易懂的传统方式。同样，这种控制方式也有其天生的弊端，例如：控制精度低、无法解决滞后和延问题，无法胜任高精度要求，只适用于低精度要求的生产。 （2）PID控制
12、法：1922年Minorsky发表了关于比例积分微分（PID，Proportional Integral Differential）控制器的设计方法文章，标志着PID控制方法的产生1。此后，PID控制方法依其优异的特性很快被运用到各行各业中。PID理论进入了黄金时期。在解决人们需要问题的同时，自身也得到了迅速发展。现在PID更加完善、更加可靠稳定、使用也更加简单普及、更加适合带有滞后的延时等特点的控制系统中去。然而，同比较控制方法一样也有天生的缺陷不足，例如：在面度滞后温度问题时候能过很好的解决它，但是在面度非线性问题时候，却无能为力，对于时变问题也是力不从心，甚至，对大滞后问题也是爱莫能助，
13、因此就需要一种更加完美的控制方法，既要解决提高精度要求，同时也要解决滞后性和非线性及延时问题1。 （3）智能温控方法：1971年傅京孙教授提出并发表了智能控制系统（Intelligent Control Systems）。在IEEE控制学术讨论会上智能控制原理及以智能控制系统结构为主题的会议标志着智能控制方法的诞生1。在随后的几十年里，大量科学巨人把目光投向了这个刚出生的太阳，还有政府巨额资金的支持及社会企业的拥戴，智能控制理论得到迅猛发展，产生了一大批控制理论1。例如：模糊控制、神经网络控制、自适应控制等等。已经成为控制领域的前沿学科，被广泛的应用到各个方面。虽然智能控制有很多特点是现行最理
14、想的控制方案，然而，其价格却是很昂贵理论要求高、技术尖端、对工作人员的素也要求也很高且投资成本过高等原因，使很多中小型企业望洋兴叹。该设计是以单片机作为核心处理器的温度控制系，同时，其控制原理也同样适用于其他类型的反应釜系统的控制系统。选用STC公司的单片机为控制核心处理器芯片，使用继电器作为执行元件。工作人员可以从键盘设定被控温度上限及温度下限等参数，按下运行键后，系统将进入自动工作状态，当超出设定状态时，有报警器提醒工作人员并自动停止加热等智能处理，具有投资成本小、改装方便、易于操作与维护、对技术人员要求低、工作稳定等优点，特别适合中小型企业。究的反应釜温度控制设计：（l）在参数显示方面，采用长沙太阳人生产的显示器LCD1602对系统参数进行显示，界面美观、操作方便。（2）在反应釜选择上，采用太康一诺医药化工容器有限公司生产的新一代电加热反应釜。（3）在功能上，具有手动设置温度
