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1、 课程设计说明书题目：基于单片机对精馏塔温度的控制系统设计学 院: 贵州大学明德学院 专 业: 机械设计 与制造 班 级： 机 电01 学 号： 8 学生姓名： 杨 政 坤 指导教师: 王 许 12年 月 5日贵州大学明德学院本科课程设计诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的课程设计，是在导师的指导下独立进行研究所完成。设计中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计)作者签名: 杨政坤 日 期： 2012.07.05 课程设计任务书 机电系 院系 学 号8学生姓名杨政坤专业(班级）机电01设计题目基于单片机对精馏塔温度的控制系统设计主要内容设计实时在
2、线检测反应塔测量控制系统单片机温度控制系统方案简介单片机的内部模块3系统的硬件设计系统的软件设计设计要求1：能进行在线检测; ：要求采用闭环控制系统，提高系统的控制精度; 3:采用显示器实时显示检测值; :但检测参数越程时，系统自动报警功能。 5:测量误差为.01工作量工作计划 1:确定设计思路 2：查阅资料 3:整理规划 4:开始设计 5:设计完成参考资料 单片机原理及接口技术清华大学出版社,段晨东主编 数字电路与逻辑设计 林宏 编著 EAD技术及应用实践 高有堂 编著 20年月 5日 第47题基于单片机对精馏塔的温度控制系统设计摘 要精馏法是把混合物中各成分分离出来，并分别达到规定纯度的方
3、法;精馏法是石油，化工等生产过程中最常用的方法。精馏 需要 在 精馏反应塔中 进行，反应塔中必然会产生温度，而且温度很高。温度是工业生产中常见的工艺参数之一,我们需要 对塔中 温度进行严格的 监测和 控制。由于温度很高,为了安全起见,我们需要采用单片机对他们进行远距离控制,单片机控制不仅具有控制方便,简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大的提高产品的质量和数量。本设计采用无RM的8031作为主控制芯片。8031的接口电路有8155、2764。8155用于键盘/LED显示器接口，2764可作为83的外部ROM存储器。其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。双向
4、可控硅管和加热丝串联接在交流V,50HZ交流试点回路，在给定周期内,8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强,特别是体积小,重量轻,耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点,在数字、智能化方面有广泛的用途。本系统所使用的单片机831有8的A,使温度控制大为简便。关键字:温度控制;接口电路 ；MCS-51单片机80。第一章 单片机温度控制系统方案简介单片机温度控制系统是以S-单片机为控制核心,辅以采样反馈电路，驱动电路,晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。其系统结构框图可表示为
5、:系统采用单闭环形式,其基本控制原理为:将温度设定值(即输入控制量)和温度反馈值同时送入控制电路部分,然后经过调节器运算得到输出控制量,输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加到被控对象上，反应塔内因此达到一定的温度。给定值采样电路输出温度被控对象8031控制电路驱动电路晶闸管主电路图.1 控制电路的设计第二章 单片机 单片机是单片微型计算机简称，它包括中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器RM、中断系统、定时器/计数器、串行口和I/等。单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点，
6、单片微型计算机(简称单片机）是微型计算机的一个重要分支,也是一种非常活跃和颇具生命力的机种，特别适合用于智能控制系统。2.1 单片机内部模块在本设计中,从经济上以及性能上考虑，我选用8031作为CU。83是MC51系列单片机的一种型号。MCS-1单片机的类型有：051、31、871等。21 CS-51单片机内部结构8031单片机内部结构见图。它其中包含CP、震荡器和时序电路、KB的RO、6B的M、两个16定时/计数器T0和T1、4个8位I/O端口（P、P1、P2、P）、串行口等组成。其中震荡时序与时钟组成定时控制部件。图2.1 1单片机的内部结构. 单片机外总线结构如图2.2所示，微型计算机大
7、多数CP外部都有单独的地址总线、数据总线和控制总线，而MCS51单片机由于受到芯片管脚的限制,数据线和地址线(低8位）是复用的，而且是I/O口兼用。为了将它们分离开来,以便同单片机之外的芯片正确地相连,常常在单片机外部加地址锁存器来构成与一般CP相类似的三总线。图2.2三总线图23芯片的扩展设计1）程序存储器扩展设计;(A）程序存储器简介常见的EROM有：216（容量位）、732(容量4K位）、2764（容量8K8位)、27128（容量168位)、2256（容量2K8位)、275（容量64位）。2) 数据存储器设计由于算法的需要,在存储器中需要存储24个从/D片出来的数据,即需要2单元的存储单
8、元。在03的内部数据存储区低8字节RAM中307H共8个存储单元使用户M区,完全可以容纳下24个数据以及其运算过程中的临时数据,故不需要在另外扩展片外数据存储器。我选用的EPRO芯片为24。连接如图2.3所示图2.3 2764与801连接图2.4 单片机温控模块温度检测元件和变送器的选择和被控温度及精度等级有关。本设计采用镍铬镍铝热电偶,此电偶用于01000的温度测量范围，相应的输出电压为-4132m.变送器由毫伏变送器和电流电压变送器组成:毫伏变送器用于把热电偶输出的0-41.32mV变换成-10mA范围内的电流;电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的0-10MA电流变换成0-5范围的电压。
9、5400100,则热电偶输出为16.4mV-4.32mV,毫伏变送器零点迁移后输出0-10mV范围电流。这样,采用8位AD转换器就可以使量化误差达到正负234度以内。第三章 系统硬件设计31 系统总体设计系统控制主电路是由8031及其外围芯片，及一些辅助的部分构成的。系统设计原理图如 图3.1 所示。 图3.1 系统设计原理图3.2 855接口电路图3.2所示，8155芯片内具有256个字节的AM，两个8位、一个16位的可编程I/O口和一个14位计数器。它与51型单片机接口简单,是单片机应用系统中广泛使用的芯片。图3.2 带有I/O接口和计时器的静态RAM8155815用作键盘/LED显示器接
10、口电路,当O/为高电平时，155选通片内的I/O端口。A，B，C三个口可以作为扩展的O口使用，MS-51单片机的PO口与815的A0D7相连。MCS-51单片机可以和8155直接连接，不需要任何外加电路,给系统增加了256个字节的RAM、22位I/O线及一个计数器。当P2.0=0且P.1=时,选中155的RAM工作；在P20=和P200时，55选中片内三个/端口。相应地址分配为:20000H-00FH 8155内部RAM 01H 命令/状态口 00H A口 10H B 口 103H C 口 010 定时器低八位口 105H 定时器高八位口3.3 A/转换电路 图. A/D转换电路图AC009的
11、IN0上输入的0+5V范围的模拟电压经A/D转换后可由8031通过程序从P0口输入到它的内部RAM单元。首先输入地址选择信号,在ALE信号作用下,地址信号被锁存,产生译码信号,选中一路模拟量输入。然后输入启动转换控制信号STAR启动转换。3.4 可控硅控制电路803对温度的控制是通过可控硅调控器实现的。如图3所示，图34可控硅功输出与通断时间关系双向可控硅管和加热丝串联接在交流20,5Hz交流试点回路。在给定的周期内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。图34示出了可控硅管在给定周期内具有不同接通时间的情况。显然，可控硅在给定周期T的100时间内接通的功率最大。可控硅接通时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。该触发脉冲由8031用软件在P1.3
