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1、1 引言1.1 课题设计的目的和意义在工业生产中，涂装工艺占据着举足轻重的地位。烘干又是涂装工艺的三大主要工序之一，它使液态（湿态或粉态）的涂膜快速转化为固态的漆膜，对生产效率、涂层质量和涂装成本等有直接的影响。在干燥固化过程中，烘干炉内各点的温度是否能保证在规定的工艺要求范围内，将对被涂装的材料、产品、工件的质量，降低能耗，以及提高生产效率和经济效益产生重要的影响，而且随着整机度的提高和元件的微型化、复杂化，在各种工业过程中对温度工艺的要求越来越高。而我国目前采用的传统的定点式烘干炉测温方法已经显得比较落后，无法满足生产工艺对温度测量的要求。因此，本文提出了一种新型的炉温检测系统，即：烘干炉
2、温度自动检测系统。近年来，随着微电子技术的发展，特别是单片微型计算机技术的飞速发展与成熟，给烘干炉炉温的检测提供了有力的技术支持。由此，本烘干炉温度自动检测系统采用单片机系统对炉温及炉内工件的温度进行采集和处理，监控烘干炉的热加工过程以及产品的质量状态，实现数据的存储，并实时显示温度值。该系统能够对烘干炉的温度进行实时的检测，以保证烘干炉的温度处于合理的范围之内，便于生产的正常进行，并且优化了生产过程，提高烘干炉热加工的产品质量和生产效率，降低能耗。由于目前国内在烘干炉温度检测领域尚处于比较落后的阶段，而随着工业的迅猛发展，各种工业过程对温度工艺的要求也越来越高，因此，需要采用更高性能的温度检
3、测系统。然而，从国外进口的该类产品，其性能虽能满足温度工艺的要求，但其价格确实十分昂贵，一般企业难以承受，限制了它的推广和应用。研制烘干炉温度自动检测系统，可以把国外的先进技术和方法引入我国，大大降低我国烘干炉热加工产品的成本和提高产品的质量，改变我国热加工领域测温技术相对落后的现状，推动我国烘干炉温度检测技术的发展，同时该课题的研究对经济建设、社会效益以及工程技术都有极其深远的意义。1.2 本课题在国内外的发展概况及存在的问题温度检测是一种利用微机来实现数据采集、数据通讯、和数据分析处理的一门新技术，是在生产过程中记录和说明热加工产品与空气温度关系的技术，检测得到的数据被显示为图表或数字。由
4、于在很多工业生产过程中，温度都是很重要的控制指标，所以，温度检测技术具有非常广阔的应用前景。国外的温度检测技术起于80年代，其先进的技术可以以1984年成立的英国达塔帕克公司为代表。该公司于1985年首次生产出温度检测的产品，是温度检测技术的开拓者。目前它的产品已遍布世界各地，主要生产精加工工业用烘干炉温度追踪仪、电子工业用回焊追踪仪、热处理工业用高温炉温追踪仪、陶瓷工业用炉窖温度追踪仪、食品加工业用的多功能温度追踪仪等。国外的温度检测技术除了在理论上进行的研究外，在实践中更是日益成熟。国际上，另一个在该领域的先进技术代表就是波兰，早在1992年就利用连续温度监测法预报煤井的瓦斯状态。国外的温
5、度检测技术从普通的室温监测到高温监测技术，从遥感检测技术到各种炉膛的内部监测技术，正随着新技术的出现而不断更新和发展。随着科技的进步和计算机检测技术的发展，我国从90年代开始对温度监测进行理论上的研究，在生产实践中也进行了一系列的应用。比如在2001年杭州商学院计算机与信息工程系用VB6.0开发出粮库监测系统的监测软件，利用微机来实现串行通信、数据处理的温度监测系统。然而我国采用的烘干炉温度检测方法一般是定点测量，即在炉内留出测量孔，把传感器通过测量孔伸到炉膛内，对温度进行测量。这种测量方法的缺点是测量孔多了将影响烘干炉的保温性能，而且，它所测量的温度，在烘干炉长度区间分布上不是连续的量，且存
6、在测量死区，另外，它无法测量烘干炉内产品自身的温度。由于在工业现场的外部环境很不好，抗干扰问题就成为计算机检测技术中必须要解决的问题，而我国在此方面的技术与国外相比还存在较大差距1。1.3 单片机技术简介1.3.1 单片机技术的发展所谓单片机是指在一块半导体硅片上集成了微处理器（CPU）、存储器和各种输入、输出接口（定时器/计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器以及脉宽调制器PWM等），即在这样一块芯片上能实现一台微型计算机的基本功能，因而被称为单片微型机，简称单片机。1970年微型计算机研制成功之后，随着就出现了单片机。美国Intel公司1971年生产的4位单片机4004和1972年生产
7、的雏形8位单片机8008，特别是1976年MCS-48单片机问世以来，在短短的二十几年间，经历了四次更新换代，其发展速度之快，应用范围之广，她已渗透到生产和生活的各个领域。从8位单片机算起，其发展历史大致如表1-1所示。尽管目前单片机的品种很多，但其中最具典型性的当数Intel的MCS-51系列单片机。MCS-51是在MCS-48的基础上于80年代初发展起来的，虽然它仍然是8位的单片机，但其功能有很大的增强。由于PHILIPS、ATMEL、WELBORD、LG等近百家IC制造商都主产51系列兼容产品，具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此，MCS-51系列应用非常广泛。国内尤以Int
8、el的MCS-51系列单片机应用最广。由于8位单片机的高性能/价格比，估计近十年内，8位单片机仍将是单片机中的主流机型。表1-1 单片机的发展历史年代代表产品特 点应用系统开发工具70年代中后期MCS-8048采用23半导体工艺，8位CPU，寻址能力小于4K字节仿真器80年代8051系列6805系列Intel的96/98系列采用23半导体工艺，8位或16位CPU，寻址能力小于4K字节仿真器、汇编器、编程器90年代Intel的8196/296、251/930；philipsP51xA;Siemens166/167系列;日立的5H3系列采用0.80.25半导体工艺，8位、16位或32位的CPU，或
9、32位的内部总线，芯片采用流水线结构及宽总线结构，寻址能力1632M字节由RTOS+Compliler+ICE组成的开发平台，其中RTOS，即实时多任务操作系统；Compliler：基于嵌入式系统的工程语言编译器；IEC：即实时在线仿真器1.3.2 单片机技术的应用随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备的小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出很强的生命力。它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能力，对环境的温度和湿度都有较好的适应性，可以在工业条件下稳定工作。且单片机广泛地应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，提高它们的测量
10、速度和精度，加强控制功能；单片机也广泛应用于实时控制系统中，例如对工业中各种窖、炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥其数据处理和实时控制功能，使系统工作处于最佳状态，提高系统的生产效率和产品质量。从航空航天、地质石油、冶金采矿、机械电子、轻工纺织等行业的系统分布与智能控制以及机电一体化设备产品的到邮电通信、日用设备和器械，单片机都发挥了巨大作用2。其应用大致可分为以下几个方面：1. 工业自动化在自动化技术中，无论是过程控制技术、数据采集还是测控技术，都离不开单片机。在工业自动化领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、微电
11、子和计算机技术为一体的综合技术中，单片机将发挥非常重要的作用。2. 智能仪器仪表目前对仪器仪表的自动化和智能化要求越来越高。在智能仪器仪表中，单片机应用十分普及。单片机的使用有助于提高仪器仪表的精度和准确度，简化结构，减小体积而易于携带和使用，加速仪器仪表向数字化、智能化、多功能化方向发展。3消费类电子产品该应用主要反映在家电领域。目前家电产品的一个重要发展趋势是不断提高其智能化程度。例如，洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。在这些设备中使用了单片机后，其功能和性能大大提高，并实现了智能化、最优化控制。4通信方面在调制解调器、程控交换技术以及各种通信设备，单片
12、机得到了广泛的应用。5武器装备在现代化的武器装备中，如飞机、军舰、坦克、导弹、鱼雷制导、智能武器装备、航天飞机导航系统，都有单片机深入其中。6终端及外部设备控制计算机网络终端设备中，如银行终端以及计算机外部设备，如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等，在这些设备中都使用了单片机。7多机分布式系统可用多片单片机构成分布式测控系统，它使单片机的应用进入了一个新的水平。本课题以单片机作为控制器，进一步研究单片机在自动检测及控制领域中的应用。1.4 本课题设计的内容 本设计的技术要求如下:1、该系统要求用炉温自动检测仪对烘干炉温度进行检测。炉温自动检测仪具有4个数据通道，每个通道可采集3600
13、个数据。2、温度检测范围：0 - 300；温度检测精度：1。3、温度检测采样间隔：1秒 4分钟可调。4、系统工作电源：9V DC5、系统工作温度：0 - 706、能准确显示实时检测的温度值。根据设计的技术要求，本设计采用单片机系统对炉温及炉内工件的温度进行采集和处理，监控烘干炉的热加工过程以及产品的质量状态，实现数据的存储，并实时显示温度值。该系统能够对烘干炉的温度进行实时的检测，以保证烘干炉的温度处于合理的范围之内，便于生产的正常进行，并且优化了生产过程，提高烘干炉热加工的产品质量和生产效率，降低能耗。本设计内容涵盖了本专业电子技术、微机原理、单片机应用技术、计算机控制技术等课程的内容。其具
14、体设计内容包括以下几个方面：1控制系统的总体方案设计，画出整个系统的原理框图。2系统硬件设计：包括温度传感器的选择、温度检测电路的设计、A/D的选择及接口设计、CPU的选择、键盘及显示模块的设计等。3系统软件设计：含温度检测模块、数据处理模块、键盘及显示模块等。本设计拟解决的关键问题如下：1传感器的选择2温度检测电路的设计3实时显示模块的设计2 烘干炉温度自动检测系统方案的确定2.1 方案论证方案一：信号采集及处理电路A/D转换时钟电路复位电路3位LED显示器LED显示器驱动电路8031单片机按键输入该系统采用8031单片机作为主机，包括信号采集及处理电路，A/D转换电路，时钟电路，复位电路，
15、按键输入电路，LED显示电路以及嗡鸣器电路。该系统基本能完成设计要求，但选用8031单片机需要外扩程序存储器，接线复杂，并且此方案的抗干扰性能较差。其结构框图如下：图2-1 方案一系统结构框图方案二：该系统主要由AT89C51单片机、多路开关、信号处理及放大、采样保持、A/D转换、稳压电源、键盘及显示、串行通讯模块、看门狗等部分组成。其中单片机为系统的核心部分。四通道传感器由多路开关循环选通，被选中的温度传感器信号由信号处理电路进行处理与放大之后送入A/D转换器，再由单片机处理来自A/D转换器的数据，电源采用电池供电，经过DC/DC变换电路处理后，构成三路输出的稳压电源，给整个系统提供12V及+5V电源。看门狗采用硬件看门狗电路，防止程序跑飞。为了扩展该系统的功能，设置了串行通讯模块，用于上位机与单片机之间进行通讯。其结构框图如图2-2所示。显 示键 盘8279串行口通讯模块看门狗电路稳压电源A/D转换采样保持信号处理及放大多路开关烘干炉AT89C51单片机图2-2 方案二系统结构框图2.2 方案确定
