《毕业设计（论文）微电脑多路染色机温度控制器的软件设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）微电脑多路染色机温度控制器的软件设计（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、南昌航空大学学士学位论文第一章 前言在中国，服装制造加工业在工业结构中占据重要的比例。而染色机作为一种适应范围广泛的成品之理想的漂染设备，广泛应用于羊毛衫、晴纶和棉毛衫等成衣的染色、漂白、煮炼和水洗等工艺，也可应用于手套、袜子、毛巾等成品的漂染处理。在染色机染色的生产过程中，温度是一个大的滞后系统，且受多种因素的影响，这些因素的变化范围虽然不大，但他们是不确定的。染色工艺对于温度控制要求非常严格，染液的升温、保温和降温必须符合工艺要求，否则将会产生色差、缸差、着色不匀等次品。温度是工业生产和科学实验中的重要参数之一，具有非线性、强耦合、时变、时滞等特性。在化工、冶金、工业炉窑等工业生产中，对温
2、度的控制直接影响到许多产品的质量及使用寿命。而随着现代科技的发展，电子计算机已用于温室环境的控制。自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国家技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器以及仪器仪表，并在各行业广泛应用。它们主要具有以下特点：1、 适应大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。2、 能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。3、 能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度
3、控制系统的控制。4、 这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论以及计算机技术，运用先进的算法，适用范围广泛。5、 温度控制系统具有控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好的特点。例如LM56是美国国家半导体公司(NSC)推出的低功耗、可编程集成温度控制器，内部含有温度传感器和基准电压源。两个集电极开路的数字信号输出端，用来进行温度控制，利用外接电阻分压器可以方便地对上下限温度进行设定。当温度超过上限温度或低于下限温度时，其数字信号输出端输出相应的逻辑电平，经驱动电路实现对温度的控制，控温范围为一40+125，控温误差小于士2。内部含有迟滞电压比较器，利用迟滞电压比较器
4、的滞后特性，可有效地避免执行机构在控温点附近频繁动作，滞后温度为5。另有一个模拟信号输出端，输出与摄氏温度成线性关系的电压信号。该电压信号经模数转换后，可用来驱动显示装置，以实现对自身温度的精确测量。集成温度控制器DS56是美国Dallas半导体公司推出的低功耗、可编程集成温度控制器，内部包含有温度传感器和高精度基准电压源。有两个集电极开路的数字信号输出端，专门用来进行温度控制，利用外接的精密电阻分压器可以实现对上下限温度的准确设定，当温度超过上限温度或低于下限温度时，其数字信号输出端将输出相应的逻辑电平，经驱动电路以实现对温度的控制。控温范围为40+125，在400内，精度为3，在085内，
5、精度为2，在85125内，精度为3 。内部含有迟滞电压比较器，利用迟滞电压比较器的滞后特性，可有效地避免执行机构在控温点附近频繁动作，滞后温度THYST为+5。另有一个模拟信号输出端，输出与摄氏温度成线性关系的电压信号，该电压信号经模/ 数转换后，可用来驱动显示装置，以实现对自身温度的精确测量。该集成温度控制器可广泛应用于家用电器和办公设备的过热保护、数据采集系统及电池供电系统的温度监测、工业过程控制、降温风扇控制、电器设备的过热保护等领域。相对于国外的发展水平，国内生产的温度控制器总体水平不高。目前，我国在这方面的总体水平处于20世纪80年代中后期的水平，成熟产品主要以“点位”控制以及常规的
6、PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制器，国内技术还十分不成熟。但我国在温度控制系统上还是取得了一些成果和进步的。例如唐山钢铁公司高速线材厂运用模糊控制理论和传统的PID控制相结合，不仅成功的实现了温度自动控制，而且还使吨钢油耗指标大幅度下降，取得了近千万元的经济效益。随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得到迅猛发展，当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统、基于PLC的温度控制系统、基于工控机（IPC）的温度控制系统、集散型温度控制系统（DCS）、现场总线控制系
7、统(FCS)等。第二章 系统组成及工作原理2.1系统设计要求与技术指标本课题要求采用铂热电阻测温，其控温范围为：25-135；采用数字PID算法，使控温精度达到2；能实时输入控温工艺，实时显示染缸实测温度，超温时能报警。该控制器能对8台染色机实现温度控制。其具体技术要求如下：1、实现对多路温度信号进行采集；2、采用数字PID控制算法对系统进行控制；3、控温范围为：25-135，控温精度达到2；2.2 系统功能及工作原理系统采用STC89C52单片机作为核心控制器，控制系统正常工作。通过由PT-100构成的电桥电路采集温度信号，由于电桥产生的电压信号过低，通过TLC084构成的放大电路将输出电压
8、控制在0-5V的范围内，并将输出电压信号送入ADC0804进行模数转换，将转换数据送入单片机进行显示，并通过PID算法实现对系统的加热与制冷时间长短进行控制。各模块具体功能如下所示：1、 通过CD4051模拟开关采集8路染色机信号，并将模拟信号转换成数字信号送入单片机处理；2、 键盘及显示模块实现对控制温度和时间的设定及显示，以及实现通道的选择与显示；3、 PT-100电桥电路模块实现对温度信号的采集，并通过放大电路使输出电压范围控制在-5V；4、 报警模块由ISD1420组成，实现超温时的报警功能；5、 加热，降温模块由光耦及双向可控硅构成，通过单片机控制实现对系统的加热及降温。2.3 系统
9、组成及框图系统由硬件与软件两大部分组成，硬件电路由以下几个部分组成：温度采集部分、单片机最小系统控制部分、7279键盘部分、时钟电路部分、加热控制电路部分、制冷控制部分、语音报警电路部分和液晶显示部分。其中温度采集部分由PT-100电桥电路、TL084放大电路、CD4051模拟开关以及ADC0804模数转换电路构成；加热控制电路部分和制冷控制部分电路由光耦和双向可控硅组成；单片机控制部分由MAX232通信模块、复位电路和时钟晶振组成；语音报警电路部分由ISD1420及其外围电路组成，采用LM386驱动功率为1W的喇叭。系统的硬件电路组成框图如图2.1所示：STC89C52温度采集电路模拟开 关
10、放大电路键盘控制电路液晶显示电路语音报警电路电 源复位电路A/D转换电路加温降温控制电路时钟电路图2.1 系统硬件电路组成框图系统的软件部分采用模块化的设计方法，将软件分为主程序模块、中断服务模块、温度采集模块、7279键盘模块、时钟模块、液晶显示模块、语音报警模块、PID算法模块和PID控制模块。其中AD数据采样及处理、语音报警、PID控制算法子程序和PID控制值输出用中断服务模块来处理。在中断程序中，将定时器0定时为1秒，当开定时器0时，每隔一秒进入中断处理程序进行数据的采集和处理。键盘显示模块通过直接使用7279芯片的读键盘数据指令来获取键值进行比较处理后转入相应的处理程序，能达到更好的
11、人机交互效果。加温降温控制通过使用PID算法计算出控制值，然后使用定时器1产生的PWM波控制P2.1口和P2.2口的高低电平转换来控制双向可控硅的通断来实现加热降温的控制。第三章 微电脑多路染色机温度控制器的硬件设计硬件是整个系统正常工作的基础，硬件电路的优劣与合理设计关系到系统能否正常及其稳定性。本系统硬件电路主要由温度采集部分、单片机最小系统控制部分、7279键盘部分、时钟电路部分、加热控制电路部分、制冷控制部分、语音报警电路部分和液晶显示部分组成，其各部分设计如下。3.1 单片机最小系统单片机最小系统主要由单片机、时钟电路、复位电路组成。其电路图如图3.1所示：图3.1 单片机最小系统电
12、路图为将程序通过Keil uVision2软件写入单片机，通过MAX232串口通信电路实现单片机与计算机之间的通信，其电路如图3.2所示：图3.2 MAX232串口通信电路图3.1中，STC89C52的X1、X2端分别是反相放大器输入和输出端，外接晶振产生时钟送至单片机内部的各个部件，在本次实验中使用的是12M频率的晶振。其中C10、C11是33pF的反馈电容。其作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用。同时，由于P0口作为语音芯片ISD1420的地址输出口，且STC89C52中P1口没有上拉电阻，故在P1口接阻值为10K的上拉电阻。在本系统中采用的复位方式是手动复位。
13、手动复位是直接通过按键S2使RES信号维持高电平一段时间即可。当单片机复位以后，除SP=07，P0、P1、P2、P3为0FF外，其它寄存器都为0。3.2 温度采集部分3.2.1 温度转换电路温度转换电路是由PT-100电桥电路和TL084放大电路组成。PT-100电桥电路采用PT-100型铂热电阻作为温度传感器，铂热电阻是利用阻值随温度变化而变化的特性来测量温度，它有很好的稳定性和测量精度，测量范围宽，被广泛应用于作温度的基准，PT-100将温度的变化转化为电阻的变化，并通过桥堆将电阻的变化转化为电压的变化，因为所得的压差只有毫伏级，所以要经过TL084放大器放大，再通过A/D转换器，把电压量
14、转换成数字量，然后将转换的数值送CPU处理。温度转换电路如图3.3所示：图3.3 温度转换电路TL084是四输入运算放大放大器，具有高转换率、低输入偏置和偏置电流以及低失调电压温度系数的特点。在图3.3中，运放结构的测量放大器由TLC084两级组成，两个对称的同相放大器构成第一级，第二级为差动放大器减法器。通过改变电阻R38的大小，可方便地调节放大器的增益，在集成化的测量放大器中，R38是外接电阻，用户可根据整机的增益要求来选择R38的大小。3.2.2 A/D转换电路A/D转换电路由模拟开关CD4051和模数转换器ADC0804组成，其作用是将经模拟开关选通的模拟信号转换成对应的数字信号，从而
15、实现多路温度采集。ADC0804是8 位COMS 依次逼近型的A/D 转换器，其转换时间是100us。转换结束时，可由CPU打开三态门，读出8位的转换结果。A/D转换电路如图3.4所示：图3.4 A/D转换电路图3.3 7279键盘部分HD7279是一片具有串行接口的可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵,单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。HD7279内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，而且具有2种译码方式。HD7279还具有多种控制指令，如左移(A1H)、右移(A0H)、消隐(98H)、闪烁(88H)、段寻址等。在本系统中，考虑到单片机的I/O口使用个数的限制，故舍弃矩阵式键盘的按键方式，采用7279显示板上的键盘来进行按键操作。在操作过程中，只需接4根接口线，分别为：片选线CS、串行时钟线CLK、串行数据线DATA以及键盘申请线KEY，其中CS为片选信号（低电平有效）。其原理图如图3.5所示。图3.5
