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1、毕业设计毕业设计（ （论论文）文）题题目目 化工生产过程中加热罐的温度控制的设计化工生产过程中加热罐的温度控制的设计 系系 别别 电气工程系电气工程系 专专 业业 电气自动化技术电气自动化技术 班班 级级 电自电自 10-310-3 班班 姓姓 名名 马马 芳芳 学学 号号 201002102127201002102127 指指导导教教师师（ （职职称）称）张维玲（副教授）张维玲（副教授） 日日 期期 20132013 年年 3 3 月月 2121 号号 兰州工业学院毕业论文I摘 要本设计要求对化工生产过程中加热罐的温度控制系统进行设计,课题以单片机为控制核心。温度信号由铂电阻采集，通过信号调
2、理、A/D 转换成数字信号传送给单片机,单片机对采集的信号进行处理后，经输出通道送给加热罐进行控制。文中着重介绍了该控制系统的硬件部分，其包括：温度检测电路、温度控制电路、上下位机与单片机通讯电路及一些接口电路。通过此设计实现化工生产过程中对加热罐的温度控制。 关键词：单片机; 传感器; 温度测量; 温度控制 兰州工业学院毕业论文IIAbstractThe design requirements for the design of the heating tank in chemical production process of the temperature control system
3、with single chip microcomputer as control core, subject. The temperature signal by the platinum resistance through acquisition, signal conditioning, A/D converted into digital signals transmitted to the microcontroller, microcontroller to process the signal to control the output channel, to the heat
4、ing tank. This paper emphatically introduces the hardware part of the control system, which comprises: a temperature detection circuit, temperature control circuit, computer and communication circuit of single chip microcomputer and some interface circuits. By the design of the heating tank temperat
5、ure control process in chemical production.Keywords: single chip microcomputer; sensor; temperature measurement; temperature control兰州工业学院毕业论文III目 录1 绪 论 1 1.1 课题设计背景.1 1.2 课题设计目的及意义.2 2 方案的论证 3 2.1 主要性能指标.3 2.2 测温电路的方案选择.3 2.3 控制电路的方案选择.4 2.4 显示器的选择.4 2.5 系统总体方案的确定.5 3 硬件电路设计 6 3.1 主控芯片.6 3.2 温度测量电
6、路的设计.10 3.2.1 铂电阻简介10 3.2.2 铂热电阻的非线性12 3.2.3 铂电阻电桥电路13 3.2.4 温度检测电路图13 3.3 信号调理电路.14 3.4 A/D 转换电路16 3.5 输出通道.20 3.5.1 固态继电器20 3.5.2 可控硅输出电路22 3.6 显示单元.24 3.7 报警电路.25 3.8 键盘单元电路.26 3.9 电源部分.28 3.10 接口通讯单元.28 4 软件电路设计 .31 4.1 程序结构分析.31 4.2 程序流程图.31 4.2.1 温度检测模块32 4.2.2 报警模块33 4.2.3 显示模块34 5 结 论 .36 致
7、谢 .37 参考文献 .38 附录 A39 附录 B40兰州工业学院毕业论文11 绪 论温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的 PID 控制方式,但 PID 控制
8、对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器热电阻，因其内部集成了 A/D 转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器热电阻只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于热电阻芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器热电阻做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器热电阻进行范围的温度检测。而且工业上广泛应用热电阻温度计来测量-200500范围内的温度。1.1 课题设计背景电子技术的
9、发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的 51 系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。对于快速发展的现代社会，工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制系统正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术、通过信息技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。
10、随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。本设计就是基于 MCS-51 系列单片机 8051 温度控制系统的设计。兰州工业学院毕业论文21.2 课题设计目的及意义随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。本设计采用 MCS-51 系列单片机 8051 设计了对温度实时测量及控制的系统。8051 单片机根据温度传感器所采集的温度在 LED 显示器上实时显示，控制系统则把加热罐的温度控制在设定的范围之内。本次设计要求我们更加的明确单片机的广泛用途和使用方法，以及其工作的原理。还要对计算机控制系统有一
11、个全面的了解、掌握常规控制算法的使用方法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法，进一步锻炼同学们在微型计算机应用方面的实际工作能力。兰州工业学院毕业论文32 方案的论证本设计的任务就是要设计一个以单片机控制为核心的加热罐温控系统，功能是对温度测量和控温：在测量部分，要求测量 0200的温度范围，加热罐温度为：1802，测温的结果要求显示；在控制部分，要求系统能够将温度调节到加热罐给定的温度，一旦超过设定值,将会报警。2.1 主要性能指标(1)系统主要技术指标：加热罐温度：1802,温度控制范围：0200；(2)对加热罐实现智能恒温控制；(3)要求智能控制其与上位机实现串行通信，通信距离可达
12、 1000m；(4)要求显示设定温度和实时温度；(5)被控过程参量超限时，系统应能发出光报警信号。2.2 测温电路的方案选择方案一：采用热敏电阻作为测温元件热敏电阻精度高，但需要配合电桥使用，要实现精度测量需要配上精密较高的电阻，此外还需要制作相应的调理电路，使用和制作都比较麻烦。方案二：采用热电偶温度传感器热电偶时温度测量中使用最广泛的传感器之一，其温度范围宽，一般在-1802800的温度范围内均可使用。其测量的精度和灵敏度都较高，尤其在高温范围内，有较高的精度。但是热电偶在使用过程中要解决冷段温度补偿，而且如果使用热电偶测 500以下的中、低温，则会存在以下两个问题：第一，热电偶输出的热电
13、势很小，这时对电子电位计的放大器和抗干扰存世要求都很高，仪表维修也困难；第二，由于冷段温度变化而引起的相对误差突出，不易得到全补偿。方案三：热电阻温度传感器热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻随温度变化而变化的特性来测量温度的感温元件。大多数金属在温度每升高 1时，其阻值要增加 0.4%0.6%。电阻温度计就是利用热电阻这一感温元件将温度的变化转化为电阻值的变化，通过测量桥路兰州工业学院毕业论文4转换成电压信号，然后送至显示仪表或记录被测温度，并且热电阻系列的铂电阻具有良好的耐腐蚀性。因此，工业上广泛应用热电阻温度计来测量-200500范围内的温度。综上所述本设计采用方案三热电阻温度传感器
14、作为测温电路。2.3 控制电路的方案选择方案一：采用运放等模拟电路搭建一个控制器，用模拟方式实现 PID 控制，对于纯粹的温度控制，这是足够的。但是附加显示、温度设定等功能，还要附加许多电路，稍显麻烦。同样，使用逻辑电路也可实现控制功能，但总体的电路设计和制作比较烦琐。方案二：采用 FPGA（现场可编程门阵列）实现控制功能。使用 FPGA 时，电路设计比较简单，通过相应的编程设计，可以很容易地实现控制和显示、键盘等功能，是一种可选的方案。但与单片机相比，价格较高，显然大材小用。方案三：采用单片机最小系统同时完成控制、显示、键盘等功能，电路设计和制作比较简单，成本也低，是目前应用最普遍、最实用的
15、控制系统。综上所述本设计采用方案三作为控制电路。2.4 显示器的选择方案一：采用 LED 显示器LED 在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。LED 与 LCD 的功耗比大约为 1:10，而且更高的刷新速率使得 LED 在视频方面有更好的性能表现，能提供宽达 160的视角，可以显示各种文字、数字、彩色图像及动画信息，也可以播放电视、录像、VCD、DVD 等彩色视频信号，多幅显示屏还可以进行联网播出。有机 LED 显示屏的单个元素反应速度是 LCD 液晶屏的 1000 倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下 40 度的低温。利用 LED 技术，可以制造出比 LCD 更薄、更亮、更
16、清晰的显示器，拥有广泛的应用前景。 方案二：采用 LCD 显示器LCD 是液晶显示屏的全称:它包括了 TFT,UFB,TFD,STN 等类型的液晶显示屏。笔记本液晶屏常用的是 TFT。LCD 是由液态晶体组成的显示屏。 简单地说，LCD 与 LED 是两种不同的显示技术，而 LED 则是由发光二极管组成的显兰州工业学院毕业论文5示屏。LED 的分辨率一般较低，价格也比较昂贵，因为集成度更高。目前市面上所谓的LED 显示器，其实是“LED 背光液晶显示器” ；现在流行的液晶显示器，属于“CCFL 背光液晶显示器” 。所以此二者仍是液晶显示器，只是背光源不一样而已。不要看到 LED显示器就误以为是下一代技术显示器，其实技术最新的是
