单片机的真空热处理炉控制系统设计【字数：11794】
摘 要在对当前热处理技术和真空技术的基础上，综合实际的工程需求，对热处理炉的特点进行研究之后，设计了基于STM32单片机的热处理炉温度的控制系统，这样一项热处理技术具备低污染性、节能、效益高等特性。设计硬件电路，并对软件电路编程，以此进行实物的模拟设计。对系统的设计进行了程序仿真，设计了一个真空泵电路、一个冷却水电路、一个显示屏和、一温度采集电路和一个加热电路。电源采用ASM117W芯片，提供使用STM32 3.3电压所需的电压以作为核心部件。使用温度传感器K型热电偶热来采集温度信号，MAX6675作为转换温度信号的中间角色，采用了OLED屏幕来显示温度的变化，真空气压的变化和保温时间的显示。在硬件和实现方法上，以C为基础，以普通温度控制系统为设计基础。该程序包括采集程序、温度和温度范围程序、OLED程序、冷却水程序等许多程序。结果表明，该控制系统能够满足设计要求，从而达到预期的效果。
目录
1. 绪论 1
1.1课题背景研究的意义 1
1.2发展现状及研究概况 1
1.3本文的主要工作和内容安排 2
2.系统总体设计 4
2.1真空热处理炉系统结构分析 4
2.2真空热处理炉的工艺流程 5
2.3控制方案选择 5
2.3.1位式控制方案 5
2.3.2PID控制方案 6
2.4系统结构 6
2.5主要器件选型 7
2.5.1K型热电偶与数据采集 7
2.5.2真空度传感器选型 8
3.真空热处理炉控制系统硬件设计 10
3.1STM32单片机 10
3.2单片机最小系统设计 11
3.2.1晶振电路 11
3.2.2复位电路 11
3.3驱动电路 12
3.4按键控制电路 13
3.5OLED屏幕显示电路 14
3.6加热模块电路设计 15
3.7真空泵控制电路与水泵控制电路设计 15
3.8电气主电路图 16
4.真空热处理炉控制系统软件设计 17
4.1总体软件的设计流程图 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.2OLED显示程序设计 18
4.3PID算法控制程序设计 19
4.4按键程序设计 20
4.5真空泵模块控制程序设计 20
4.6水冷却模块控制程序设计 21
4.7STM32采集热电偶数据的程序设计 22
4.8加热模块控制程序设计 23
4.9加热油盘控制程序设计 24
5.系统调试 25
5.1实物连接 25
5.2硬件调试 26
5.3调试结果与分析 26
5.4遇到的问题和解决方法 31
6.总结与展望 32
6.1总结 32
6.2展望 32
参考文献 33
附录 34
致谢 41
绪论
1.1课题背景研究的意义
真空热处理技术是现代工业的一个分支，也是再对零件生产锻造的一个巨大进步与发展，采用真空热处理技术的主要原因就是因为零件在热处理的过程中极易出现形变并且质量会很低。常规的许多热工艺技术都可以通过热处理的技术来完成，热处理的技术基本可以代替其他技术的应用。跟常规热的处理相对比，进行真空热处理的时候，能够实现无渗碳、无氧化、无脱碳，也可以去掉工件表面上的磷屑，并且拥有脱脂除气等许多作用，因而可以达到表面光亮净化的效果。所以在许多应用中，往往都会避免其他金属热处理技术的加工，经过其他技术加工过的零件都不如在利用真空热处理技术加工过后的零件使用起来更加长久、耐用。
在生产精工零件，如汽车发动机的内部齿轮，导热管、散热器等零部件的时候把其放入普通热处理技术中，处理出来的零部件大多会发生脱碳现象。但是，如果使用了真空热处理技术之后，零件出来的效果就会相当理想。经过热处理之后的零件，强度和耐用度都会得到明显的提高，可是可塑性和韧性却不会发生变化。由此可见，零件如果采用热处理技术进行处理，随之而来的好处也会变得很多，第一点就是可以满足需要进行热处理加工的零件工艺，第二个点是可以根据不同系统所需要的要求，从在不同程度上的增加或减少零件的使用效果。
1.2发展现状及研究概况
随着机械制造业的进一步发展，热处理技术也伴随着其一起发展。制造业的快速发展和生产所需要的零件的需求，同时也需要热处理技术能够达到更高的水平，其中热处理技术中最又含金量的就是对零件进行热处理加工[1]。
对零件进行热处理，顾名思义也能够知道是让拥有好了好材料的零件能够得到最大的发挥，零件的使用性能得到提高。生产的零件特性必须要有以下的几个要求：高温强度性，抗冷热疲劳能、耐磨性和高韧性，而且能够拥有较为稳定的机械加工性、抗腐蚀性、抛光性、可焊接性等。
零件的设计可以极大的影响到零件的使用年限，这其中包括了零件的选材，零件的热处理工艺，零件在使用过程是否规范等。如果零件设计符合要求的同时又是优质的材料制作而成的，那么零件的使用寿命就会有热处理工艺的是否完好来直接决定。能够采用更加先进的热处理技术手段来对零件进行处理是目前为止国内国外许多科技工作人员都想到的事，在经过更加细致的热处理加工后来提高零件的性能从而使零件的使用寿命更加长久。在这些众多拥有优秀的技术工艺手段中，真空热处理的技术又算的上是其中翘楚。从对零件进行加工的热处理工艺来看，热处理加工设备的状态是否良好、热处理的工艺的是否完善、零件生产过程的温度控制的是否得当都是同等重要的，缺一不可。而在这些要求的前提之下就需要有我们能够拥有足够先进的技术与设备去为我们铸造一个优秀的零件搭起一座桥梁，正因为有了足够的外在因素可以去支持技术的实现，才能保证先进工艺铸造零件的可实现性[2]。
在零件进行热处理的时候，零件的性能也会因为所采取的工艺参数有斩不断的重要影响，这其中包括了加热时的温度控制，加热时速度的快慢，保温的时间到不到位，冷却的方式是不是拿到了要求，冷却的速度是否让零件出现过速制冷等。如果热处理的工艺参数选择的时合适不出错误的就可以保证零件在接下来的生产过程中获得最稳定优秀的性能，反之，被生产的零件还没被投入使用就可能已经被宣告生产失败。从实践中表明，零件的组织结构可以在良好的热热处理技术中得到最合适的展现，随之获得的就是拥有良好机械性的零件了。零件在热处理时产生的形变与开裂都是可以经过好的工艺方法去进行有效控制的。在实践里发现：零件在加热或者冷却的过程中，零件由于加热不均匀或者冷却的不均匀从导致零件的整体温度不统一是造成零件产生了形变的主要原因。
目录
1. 绪论 1
1.1课题背景研究的意义 1
1.2发展现状及研究概况 1
1.3本文的主要工作和内容安排 2
2.系统总体设计 4
2.1真空热处理炉系统结构分析 4
2.2真空热处理炉的工艺流程 5
2.3控制方案选择 5
2.3.1位式控制方案 5
2.3.2PID控制方案 6
2.4系统结构 6
2.5主要器件选型 7
2.5.1K型热电偶与数据采集 7
2.5.2真空度传感器选型 8
3.真空热处理炉控制系统硬件设计 10
3.1STM32单片机 10
3.2单片机最小系统设计 11
3.2.1晶振电路 11
3.2.2复位电路 11
3.3驱动电路 12
3.4按键控制电路 13
3.5OLED屏幕显示电路 14
3.6加热模块电路设计 15
3.7真空泵控制电路与水泵控制电路设计 15
3.8电气主电路图 16
4.真空热处理炉控制系统软件设计 17
4.1总体软件的设计流程图 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.2OLED显示程序设计 18
4.3PID算法控制程序设计 19
4.4按键程序设计 20
4.5真空泵模块控制程序设计 20
4.6水冷却模块控制程序设计 21
4.7STM32采集热电偶数据的程序设计 22
4.8加热模块控制程序设计 23
4.9加热油盘控制程序设计 24
5.系统调试 25
5.1实物连接 25
5.2硬件调试 26
5.3调试结果与分析 26
5.4遇到的问题和解决方法 31
6.总结与展望 32
6.1总结 32
6.2展望 32
参考文献 33
附录 34
致谢 41
绪论
1.1课题背景研究的意义
真空热处理技术是现代工业的一个分支，也是再对零件生产锻造的一个巨大进步与发展，采用真空热处理技术的主要原因就是因为零件在热处理的过程中极易出现形变并且质量会很低。常规的许多热工艺技术都可以通过热处理的技术来完成，热处理的技术基本可以代替其他技术的应用。跟常规热的处理相对比，进行真空热处理的时候，能够实现无渗碳、无氧化、无脱碳，也可以去掉工件表面上的磷屑，并且拥有脱脂除气等许多作用，因而可以达到表面光亮净化的效果。所以在许多应用中，往往都会避免其他金属热处理技术的加工，经过其他技术加工过的零件都不如在利用真空热处理技术加工过后的零件使用起来更加长久、耐用。
在生产精工零件，如汽车发动机的内部齿轮，导热管、散热器等零部件的时候把其放入普通热处理技术中，处理出来的零部件大多会发生脱碳现象。但是，如果使用了真空热处理技术之后，零件出来的效果就会相当理想。经过热处理之后的零件，强度和耐用度都会得到明显的提高，可是可塑性和韧性却不会发生变化。由此可见，零件如果采用热处理技术进行处理，随之而来的好处也会变得很多，第一点就是可以满足需要进行热处理加工的零件工艺，第二个点是可以根据不同系统所需要的要求，从在不同程度上的增加或减少零件的使用效果。
1.2发展现状及研究概况
随着机械制造业的进一步发展，热处理技术也伴随着其一起发展。制造业的快速发展和生产所需要的零件的需求，同时也需要热处理技术能够达到更高的水平，其中热处理技术中最又含金量的就是对零件进行热处理加工[1]。
对零件进行热处理，顾名思义也能够知道是让拥有好了好材料的零件能够得到最大的发挥，零件的使用性能得到提高。生产的零件特性必须要有以下的几个要求：高温强度性，抗冷热疲劳能、耐磨性和高韧性，而且能够拥有较为稳定的机械加工性、抗腐蚀性、抛光性、可焊接性等。
零件的设计可以极大的影响到零件的使用年限，这其中包括了零件的选材，零件的热处理工艺，零件在使用过程是否规范等。如果零件设计符合要求的同时又是优质的材料制作而成的，那么零件的使用寿命就会有热处理工艺的是否完好来直接决定。能够采用更加先进的热处理技术手段来对零件进行处理是目前为止国内国外许多科技工作人员都想到的事，在经过更加细致的热处理加工后来提高零件的性能从而使零件的使用寿命更加长久。在这些众多拥有优秀的技术工艺手段中，真空热处理的技术又算的上是其中翘楚。从对零件进行加工的热处理工艺来看，热处理加工设备的状态是否良好、热处理的工艺的是否完善、零件生产过程的温度控制的是否得当都是同等重要的，缺一不可。而在这些要求的前提之下就需要有我们能够拥有足够先进的技术与设备去为我们铸造一个优秀的零件搭起一座桥梁，正因为有了足够的外在因素可以去支持技术的实现，才能保证先进工艺铸造零件的可实现性[2]。
在零件进行热处理的时候，零件的性能也会因为所采取的工艺参数有斩不断的重要影响，这其中包括了加热时的温度控制，加热时速度的快慢，保温的时间到不到位，冷却的方式是不是拿到了要求，冷却的速度是否让零件出现过速制冷等。如果热处理的工艺参数选择的时合适不出错误的就可以保证零件在接下来的生产过程中获得最稳定优秀的性能，反之，被生产的零件还没被投入使用就可能已经被宣告生产失败。从实践中表明，零件的组织结构可以在良好的热热处理技术中得到最合适的展现，随之获得的就是拥有良好机械性的零件了。零件在热处理时产生的形变与开裂都是可以经过好的工艺方法去进行有效控制的。在实践里发现：零件在加热或者冷却的过程中，零件由于加热不均匀或者冷却的不均匀从导致零件的整体温度不统一是造成零件产生了形变的主要原因。
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