1、本科生课程设计（论文） II 摘要 聚酯网是造纸工业中不可缺少的贵重易耗脱水器材， 在加工聚酯网时对温度的控制十分严格，所以设计一款可以根据要求自动对加工温度进行控制的温度控制器，在造纸的工业生产中十分有必要。 本次课设所要设计的温度控制器是能够根据要求自动调节温度，并采用 12位数码显示器显示当前的温度值和加工时间。采用单片机及看门狗、温度检测电路、控制输出电路、键盘电路、显示电路、设置温度存储电路和电源电路等组成。系统可以通过串口将数据实时上传到 PC 机上 。设计过程中包括前向通道设计、后向通道设计、人机接口设计、通信接口设计、等。前向通道 主要包括传感器、变送电路、采样保持器、信号放大
2、调整、线性化、 A/D 转换器和调制 -解调等部分内容。后向通道主要包括模拟量输出、模拟量输出保持器和开关量输出等。人机接口设 计主要包括键盘、显示 。 关键词 ： 单片机 ； 显示器 ；温度检测 本科生课程设计（论文） III 目录 第 1 章 绪论 . 1 第 2 章 课程设计的方案论证 . 2 2.1 系统方案论证 . 2 2.2 温度控制系统的原理 . 2 第 3 章 硬件设计 . 3 3.1 硬件系统设计 . 3 3.2 温度传感器 . 3 3.3 控制输出电路 . 3 3.4 键盘电路 . 4 3.5 显示电路 . 5 3.6 通讯电路 . 5 3.7 AT89C51 硬件电路 .
3、 6 3.8 ADC0809 硬件电路图 . 7 3.9 线性加热器原理 . 8 第 4 章 软件系统设计 . 9 4.1 温控系统采用模块化程序结构 . 9 4.2 A/D 转换子程序设计 . 9 4.3 温度控制系统的程序流程图 . 9 第 5 章 系统测试与分析 . 11 5.1 硬件系统的调试 . 11 5.2 软件系统的调试 . 11 5.3 整机调试 . 11 第 6 章 总结 . 12 本科生课程设计（论文） IV 参考文献 . 13 附录 . 14 附录 . 21 本科生课程设计（论文） 1 第 1章 绪论 在造纸工业中，能广泛应用到聚酯网。 聚酯网，英文 Polyester
4、net，是利用纺织机械，采用不同织造方法编织的网布。 聚酯网是目前世界上主要的烘燥、过滤材料之一，因此广泛应用于造纸领域，是造纸工业中不可缺少的贵重易耗脱水器材，应用于造纸领 域时又称聚酯造纸网。 聚酯网的制作过程一般是：整径，织造，一次定型，插接，二次定型。 聚酯网具有强度大、变型小、抗腐蚀、耐磨性好，且寿命长的特点，目前也用于选矿、面粉、污水处理、制糖、制药、陶瓷、食品、印刷、洗煤等行业。 随着社会的发展 ,科技的进步 ,以及测温仪器在各个领域的应用 ,智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向 。 特别是近年来 ， 温度控制系统已应用到人们生活的各个方面 ， 设计一个温度控制系 统 ， 具
5、有广泛的应用前景与实际意义 。 温度是科学技术中最基本的物理量之一 ， 物理 ， 化学 ， 生物等学科都离不开温度 。 在 工业生产和实验研究中 ， 像电力 ， 化工 ， 石油 ， 冶金 ， 航空航天 ， 机械制造 ， 粮食存储 ， 酒类生产等领域内 ， 温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一 。 比如 ， 发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内 ； 许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行 ； 炼油过程中 ， 原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油 ， 柴油 ， 煤油等产品 。 没有合适的温度环境 ， 许多电子设备就不能正常工作 ， 粮仓的储粮就会变质霉烂
6、 ， 酒类的品质就没有保障 。 因此 ， 各行各业对温度控制的要求都越来越高 。 可见 ， 温度的测量和控制是非常重要的 。 单片机在 电子产品中的应用已经越来越广泛 ， 在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制 。 随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样 ， 各种适用于不同场合的智能温度控制器应 运而生 。比较成熟的产品就有水温测控温度控制系统和语音报警的温度监控仪等。其中水温测控温度控制系统的功能可以实现 从 常温开始对自来水加温，加热到人工设定的温度的恒温控制。而语音报警的温度监控仪可以通过控制空调对温度进行自动调节，使被控环境的温度达到要求的范围，并能实现对所控区域内环境温度的自动
7、监控的远程智能调控系统。 本科生课程设计（论文） 2 第 2章 课程设计的方案论证 2.1 系统方案论 证 方案一：采用 8031 芯片作为控制核心，以 ADC0809 做模数转换，采用 LED 显示当前的温度和设定的温度，经过一定的算法来控制输出，从而来控制炉温。此方案的缺点是 8031 芯片内部没有程序存储器，在硬件设计中 需要外扩展 程序 存储器 ，这样硬件电路比较复杂。在软件设计时的读取数据比较麻烦。 方案二：采用 AT89C51 芯片作为控制核心，以 ADC0809 做模数转换，并用 LED显示当前的温度和工作时间，设置复位键和设定温度键，通过 PID 算法来控制输出，从而达到温度控
8、制器自动按照设定温度调节的目的。此方案的优点是系统简明 扼要，硬件电路比较简单；缺点是所测的温度精度不高。 方案三：采用 PLC 西门子 300 来作为控制核心，并用 LED 显示当前的温度和设定的温度，经过一定的算法来控制输出，从而达到控制炉温的目的。此方案的优点是硬件电路简单，系统稳定；缺点是所设计的系统成本比较高。 综上所述，并结合我们学校实验室的具体情况，选择第二种方案。 2.2 温度控制系统的原理 本系统采用典型的反馈式温度控制系统，数字控制器的功能由 AT89C51 单片机实现；由热敏电阻、电桥、 A/D 转换器构成输入通道，用于采集炉内的温度信号，其中热敏电阻选用 mf12-26
9、 型号，它将温度信号转变为阻值变化信号再经电桥变为010v 标准电压信号，以供 A/D 转换用；转换后的数字量与设定值数字化后进行比较，即可得到实际温度和给定温度的偏差；控制器的设定值由键盘输入。由单片机构成的数字控制器按最小拍进行计算，计算出所需要的控制量。数字控制器的输出经标度变换后送给由 p3.0 通过 t0 调制的 PWM 波送至 SSR，从而改变控制器单位时间内电压导通的百分比 ,从而控制温度控制器的加热功率，起到调温的作用。 本科生课程设计（论文） 3 第 3章 硬件 设计 3.1 硬件系统设计 硬件系统由 七 部分组成，即单片机 、 温度传感 器 、控制输出电路、键盘电路、显示电
10、路、 PC 机电路 及电源电路。其总体结构图如图 3.1 所示。 图 3.1 总体结构图 3.2 温度 传感器 温度传感器采用 AD590，它实际上是一个与绝对温度成正比的电流源，它的工作电压为 010V，感测的温度范围为 室温 3500C，具有良好的线性输出，其输出电流与温度成正比，即 1 A/K。因此在 00C 时的输出电流为 273.2 A，在 1000C 时输出电流为 373.2 A。温度传感器将温度的变化转变为电流信号，通过电阻后转变 电压信号，经过运算放大器 JRC4558 运算处理，处理后得到的模拟电压信号传输给 A/D转换部分。 A/D 转换器选用 ADC0804，它 是用 C
11、MOS 集成工艺制成的逐次 逼近 型模数转换芯片 ， 分辨率 8 位，转换时间 100s， 基准电压 010V， 输入 模拟 电压 0 10V。 3.3 控制输出电路 控制信号由单片机 输出，输出的为数字信号，数字信号经 D/A 转换后变为模拟C51 单片机 温度检测模块 控制输出模块 键盘模块 显示模块 PC 机模块 电源模块 本科生课程设计（论文） 4 信号，控制线性加热器进行加热。 如果所接的电加热设备的功率 2KW，则可利用继电器的常开触点直接控制加热设备，如果加热设备的功率 2KW，可以继电器控制接触器，由接 触器直接控制加热设备。 如图 3.2 所示。 图 3.2 控制输出电路原理
12、图 3.4 键盘电路 键盘共有四个按键，分别是 S1（设置）、 S2（ +）、 S3（ -）、 S4（储存）。 通过键盘来设置相应的参数和加热曲线 ，键盘采用中断方式控制。 通过光耦隔离，利用74LS244 三态缓冲器，连至单片机的 PI0P13 口。原理图如图 3.3 所示。 本科生课程设计（论文） 5 图 3.3 键盘电路原理图 3.5 显示电路 显示电路由 12 位 LED 数码管组成，由 74LS83 驱动，实现 动态显示。采用 12位数码管显示 器显示当前温度值和加工时间，温度显示格式为“ XXX.X”，加工时间显示为“ XX-XX-XX”。 如图 3.4 所示。 图 3.4 显示电
13、路原理图 图 3.4 显示电路原理图 3.6 通讯电路 AT89S51 单片机采用的是 TTL 电平的正逻辑，必须通过接口芯片进行电平转换本科生课程设计（论文） 6 和逻辑变换 。 MAX232 芯片是一种单电源供电的接口芯片，可以将单一的 +5V 电源转换为符合 RS-232C 标准所需要的 10V 电源，并完成 TTL 正逻辑 与 RS-232 的负逻辑之间的转换。单片机串口 电路 如图 3.5 所示。 图 3.5 单片机串口电路 原理图 3.7 AT89C51 硬件电路 功能标准： 8K 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2个数据指针，
14、3 个 16 位定时 /记数器，全双工串行口，片内有晶振及时钟电路， 工作原理：其中 D0 D7 八位双向并行总线与单片机的 P1 口相连接，用来传送命令和数据， RS 与单片机的 P3 口相连，作为命令数据选择引脚， R/W 与单片机 P3.6相连接，作为读 /写选择端， E 与单片机 P3.5 相连，用于控制信号读取 。 基本操作指令： 写指令： RS=L， RW=L， D0 D7 为指令码， E 为高脉冲。 写数据： RS=H， RS=H， D0 D7 为数据， E 为高脉冲。 显示模式设置： 显示模式控制表如表 3.1 所示 本科生课程设计（论文） 7 表 3.1 显示模式控制表 指令
15、码 功能 0 0 1 1 1 1 0 0 设置 8 位数据接口 AT89C51 硬件电路原理图如 3.6 图所示。 图 3.6 AT89C51 硬件电路原理图 3.8 ADC0809 硬件电路图 首先从 ADD-A、 ADD-B、 ADD-C3 根地 址线输入 3 位地址，并使 ALE=1 为高电平，将输入的地址存入地址所存器中，以便选通一个模拟通道。直到 A/D 转换完成，EOC 变为高电平，指示 A/D 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当 EO 输入高电平时，输出三态门打开，转换结果通过 P0.0 P0.7 端输出到数据总线上，以便能将转换好的传递给单片机进行数据处理。 如 3.7 图所示。 图 3.7 ADC0809 硬件电路图
