化工过程强化装备信息采集系统设计硬件子系统
日常生活与化学工业密切相关，而化工过程强化装备更是我们想要达到“资源节约型”、“环境友好型”社会必不可少的条件。为了达到节能、降耗，环保、集约化的效果，化工过程强化装备的使用越来越多（如强化换热器，反应釜，离心泵等），这样使得对设备生产运行过程的控制与安全性监测显得尤其重要，如何有效的实现成为生产企业关注的重点。数据采集在化工过程强化中更为重要。本文主要的研究思想就是利用STC89C52RC单片机控制技术和LabVIEW图形编程技术，建立起化工过程强化装备温度、压强这两种数据采集系统，基本实现实时数据的收集、显示与监测。本论文由51单片机最小系统、BMP180气压传感器模块、LCD1602液晶显示模块、报警模块以及串口通信模块等几个部分构成数据采集系统。关键词 化工过程强化装备，温度，压力，数据采集，STC89C52RC单片机，LabVIEW
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 化工过程强化的起源与历史 2
1.3 数据采集与处理 2
1.4 本文研究的内容 3
2 化工过程强化装备基于单片机的多路数据采集系统 4
2.1 系统总体结构 4
2.2 数据采集系统的选择 5
2.3 硬件系统器件的选择 5
3 硬件设计部分 15
3.1 系统硬件的整体结构设计 16
3.2 硬件电路各模块的设计 17
3.3 硬件调试过程 26
4 软件设计 28
4.1 上位机基本框架 28
4.2 Labview的介绍 28
4.3 keil软件的介绍 30
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
我们的日常生活与化学工业息息相关，平常用到的医药、橡胶、塑料等东西都是化工产业的成果。化工产业对我国的经济增长做出了巨大的贡献，同时又是维持社会可持续发展的一个重要力量。与此同时，与高利益高收入相对应的则是严重的环境污染、物资能源的消耗以及安全事故频发等问题，这些问题很大程度上 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
破坏了我国的生态环境，浪费了我国的有限资源，与可持续发展的目标背道而驰。为了能达到节能、减排、低碳、环保的要求，我国逐步加强对化工过程强化装备的研究，并取得了相当不错的成绩。化工过程强化装备是指通过技术创新，减少装置数量，提高设备效率，简化工艺流程，大规模减小化工过程的设备尺寸等手段，力求达到生产原料全部转化为生产产品，基本实现零排放；同时又能够有效地减少传统化学工艺中的诸多不安全因素，积极避免化工生产过程中的安全风险，使得工厂布局精益合理，生产机器排列紧凑，环境污染显著减少，“三废”产品基本为零，安全系数显著增高，最终达到微型高效的效果。通常来说化工过程强化包括了生产设备的强化和生产过程的强化，即通过使用新型高效的新装置和新发明的技术工艺来进行过程强化[13]。我们所考虑的化工过程强化装备即在能实现既定生产目标的条件下，通过物理和化学的手段，增加一些新型的强化装置或者利用一些微型高效的工艺手段最终实现科学发展观的要求。化工强化以计算软件为辅助手段，数学模拟为主要手段，以实现化工过程优化和化工设备强化为主线。它利用了很多技术比如通过强化物理场、微型计算机与化工产业相结合的新工艺以及对数据的集成计算等，从而加快化学反应的速率并使其转化率和传动效率显著提高[4]。化工过程强化装备是国内外化工界长期奋斗的目标，过程强化技术的进一步发展和应用是化工产业迈向未来的必然要求，是化工产业能否继续发挥应有作用的基础与前提，是化工产业向能源节约型、环境友好型的安全、环保、绿色的产业发展的必然途径。化工过程强化装备的出现为化工产业的未来开辟了新的道路，让化工产业再次拥有了光明的前景。与此同时，事情总有一些弊端，在化工强化生产过程中，因生产过程与工作状况的复杂化，强化装置大部分都工作在高温高压、易燃易爆的状态下，设备的安全性得不到可靠的保证；又因为生产工艺的繁琐化，使得设备使用的频率过高，其寿命更加难以预测，从而给维护人员以及公共安全带来巨大的威胁[5]。因此，为了确保设备能够正常运转并能充分发挥它所拥有的最好性能，防止事故发生，对化工过程强化装备过程进行信息采集和状态监测成为不可或缺的一个环节。
1.2 化工过程强化的起源与历史
发达国家很早就开始治理因化工过程带来的环境污染与资源浪费的问题，而且他们关于强化技术方面的研究与发展也比我国起步早。关于这方面的历史最早可追溯到20世纪70年代末。当时，英国化学工业公司为了减少投资、增加收益，开发出了超重力分离技术，将化工强化装备的概念用于化工生产过程中。同期，美国也通过创造出一个新型高效的装置：塔式结构放映器从而简化生产流程。随着对保护环境与节约资源的重视，1990年后国际上初步提出了以节约能源，减少排放量，降低能源消耗，保护环境为宗旨的化工强化技术，从此强化技术成为了现在化学工程首先发展的三大领域之一。2001年中国加入WTO,我国的对外贸易在数量上有了显著的增长，这标志着我国进入第二次重化工业扩张期。2005年第七届世界化学工程学术会议的召开，使得过程强化成为最吸引人的研究方向。我国在“十一五”期间制定了节能减排的目标，此时的化工界以低碳经济节能减排为目标。由此，化工装备对于我国甚至全世界的社会生产环来说都占有举足轻重的地位；我国现代化生产中的三大核心技术之一是化工过程装备，这使得化工过程装备成为评判一个国家化工业是否发达的标准[6,7]。化工产业为我国的经济发展做出了重大贡献，创造了很高的GDP，在工业总产值中占有很大的比重，同时为我国的国防实力的建设提供了强有力的保障[8]。由以往的数据可以看出，化工产业是一把双刃剑，带来高收入高利润的同时高污染、高能耗也是令人不可忽视的。我国的化工产业与化工强化装备技术都起步晚，无法完善地解决化学工业带来的负面问题，严重不符合我国经济、自然与社会协调发展的科学发展观。近年来，为了实现可持续发展的目标，并且高新技术的产生使得过程装备技术必须得到提升[9]，我国也致力于化工过程强化装备的研究，许多科学家及企业家经过不懈努力，自主研发了很多过程强化技术，并经过严谨的理论与反复多次的实践进行完善，最终使我国在化工过程强化领域占有一席之地。
1.3 数据采集与处理
人类社会已经进入信息时代，信息技术与人类的日常生活息息相关。建立实时的数据采集系统需要运用到信息技术的四大基本技术。数据采集(Data Acquisition)作为信息科学技术领域中的一个重要技术,其过程主要是将被测量对象（实验室或现场）的各种需要测量的信息经过相应的传感器进行信号的转换，从而基本实现物理信号到电信号的转换，再将转换好的电信号经过信号的放大、隔离、滤波、采样、A/D转换和传输等步骤，最终送给上位机系统实现数据的时频状态分析、即时显示以及存储记录的功能[10，11]。实时的数据采集系统最早在军事领域开始试用的，当时是20世纪50年代，二战刚结束没多久，为了维护社会稳定，美国军方试用了当时的数据采集系统进行数据的自动采集，结果是数据信息完整无缺，从此数据采集系统被广泛使用起来[12]。数据采集与处理系统建立的目标是希望通经过数据的采集得到被测对象的相关参数，进行数据的分析处理后，从而判断相应的工作状态是否符合要求，是否有需要改进的地方或者是否存在潜在的安全隐患，为工作人员的人身安全提供了可靠地保障，为运行设备的故障诊断提供有力的依据。并且随着化工技术的迅猛发展，我国对于化工过程也逐渐重视起来，化工产业对于温度、压力等物理量的采集要求也越来越高，为了满足设计上的可伸缩性、通用性，出现了各式使用不同的传感器组成的温压采集系统[13]。本系统采用气压传感器采集到想要测量的数据后，通过通信模块进行数据通信，最后再将数据传输到上位机的数据库，通过对比，对数据进行分析与处理[14,15]。通过使用一个传感器便可以测量两个物理量，大大减少了使用者的麻烦。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 化工过程强化的起源与历史 2
1.3 数据采集与处理 2
1.4 本文研究的内容 3
2 化工过程强化装备基于单片机的多路数据采集系统 4
2.1 系统总体结构 4
2.2 数据采集系统的选择 5
2.3 硬件系统器件的选择 5
3 硬件设计部分 15
3.1 系统硬件的整体结构设计 16
3.2 硬件电路各模块的设计 17
3.3 硬件调试过程 26
4 软件设计 28
4.1 上位机基本框架 28
4.2 Labview的介绍 28
4.3 keil软件的介绍 30
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
我们的日常生活与化学工业息息相关，平常用到的医药、橡胶、塑料等东西都是化工产业的成果。化工产业对我国的经济增长做出了巨大的贡献，同时又是维持社会可持续发展的一个重要力量。与此同时，与高利益高收入相对应的则是严重的环境污染、物资能源的消耗以及安全事故频发等问题，这些问题很大程度上 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
破坏了我国的生态环境，浪费了我国的有限资源，与可持续发展的目标背道而驰。为了能达到节能、减排、低碳、环保的要求，我国逐步加强对化工过程强化装备的研究，并取得了相当不错的成绩。化工过程强化装备是指通过技术创新，减少装置数量，提高设备效率，简化工艺流程，大规模减小化工过程的设备尺寸等手段，力求达到生产原料全部转化为生产产品，基本实现零排放；同时又能够有效地减少传统化学工艺中的诸多不安全因素，积极避免化工生产过程中的安全风险，使得工厂布局精益合理，生产机器排列紧凑，环境污染显著减少，“三废”产品基本为零，安全系数显著增高，最终达到微型高效的效果。通常来说化工过程强化包括了生产设备的强化和生产过程的强化，即通过使用新型高效的新装置和新发明的技术工艺来进行过程强化[13]。我们所考虑的化工过程强化装备即在能实现既定生产目标的条件下，通过物理和化学的手段，增加一些新型的强化装置或者利用一些微型高效的工艺手段最终实现科学发展观的要求。化工强化以计算软件为辅助手段，数学模拟为主要手段，以实现化工过程优化和化工设备强化为主线。它利用了很多技术比如通过强化物理场、微型计算机与化工产业相结合的新工艺以及对数据的集成计算等，从而加快化学反应的速率并使其转化率和传动效率显著提高[4]。化工过程强化装备是国内外化工界长期奋斗的目标，过程强化技术的进一步发展和应用是化工产业迈向未来的必然要求，是化工产业能否继续发挥应有作用的基础与前提，是化工产业向能源节约型、环境友好型的安全、环保、绿色的产业发展的必然途径。化工过程强化装备的出现为化工产业的未来开辟了新的道路，让化工产业再次拥有了光明的前景。与此同时，事情总有一些弊端，在化工强化生产过程中，因生产过程与工作状况的复杂化，强化装置大部分都工作在高温高压、易燃易爆的状态下，设备的安全性得不到可靠的保证；又因为生产工艺的繁琐化，使得设备使用的频率过高，其寿命更加难以预测，从而给维护人员以及公共安全带来巨大的威胁[5]。因此，为了确保设备能够正常运转并能充分发挥它所拥有的最好性能，防止事故发生，对化工过程强化装备过程进行信息采集和状态监测成为不可或缺的一个环节。
1.2 化工过程强化的起源与历史
发达国家很早就开始治理因化工过程带来的环境污染与资源浪费的问题，而且他们关于强化技术方面的研究与发展也比我国起步早。关于这方面的历史最早可追溯到20世纪70年代末。当时，英国化学工业公司为了减少投资、增加收益，开发出了超重力分离技术，将化工强化装备的概念用于化工生产过程中。同期，美国也通过创造出一个新型高效的装置：塔式结构放映器从而简化生产流程。随着对保护环境与节约资源的重视，1990年后国际上初步提出了以节约能源，减少排放量，降低能源消耗，保护环境为宗旨的化工强化技术，从此强化技术成为了现在化学工程首先发展的三大领域之一。2001年中国加入WTO,我国的对外贸易在数量上有了显著的增长，这标志着我国进入第二次重化工业扩张期。2005年第七届世界化学工程学术会议的召开，使得过程强化成为最吸引人的研究方向。我国在“十一五”期间制定了节能减排的目标，此时的化工界以低碳经济节能减排为目标。由此，化工装备对于我国甚至全世界的社会生产环来说都占有举足轻重的地位；我国现代化生产中的三大核心技术之一是化工过程装备，这使得化工过程装备成为评判一个国家化工业是否发达的标准[6,7]。化工产业为我国的经济发展做出了重大贡献，创造了很高的GDP，在工业总产值中占有很大的比重，同时为我国的国防实力的建设提供了强有力的保障[8]。由以往的数据可以看出，化工产业是一把双刃剑，带来高收入高利润的同时高污染、高能耗也是令人不可忽视的。我国的化工产业与化工强化装备技术都起步晚，无法完善地解决化学工业带来的负面问题，严重不符合我国经济、自然与社会协调发展的科学发展观。近年来，为了实现可持续发展的目标，并且高新技术的产生使得过程装备技术必须得到提升[9]，我国也致力于化工过程强化装备的研究，许多科学家及企业家经过不懈努力，自主研发了很多过程强化技术，并经过严谨的理论与反复多次的实践进行完善，最终使我国在化工过程强化领域占有一席之地。
1.3 数据采集与处理
人类社会已经进入信息时代，信息技术与人类的日常生活息息相关。建立实时的数据采集系统需要运用到信息技术的四大基本技术。数据采集(Data Acquisition)作为信息科学技术领域中的一个重要技术,其过程主要是将被测量对象（实验室或现场）的各种需要测量的信息经过相应的传感器进行信号的转换，从而基本实现物理信号到电信号的转换，再将转换好的电信号经过信号的放大、隔离、滤波、采样、A/D转换和传输等步骤，最终送给上位机系统实现数据的时频状态分析、即时显示以及存储记录的功能[10，11]。实时的数据采集系统最早在军事领域开始试用的，当时是20世纪50年代，二战刚结束没多久，为了维护社会稳定，美国军方试用了当时的数据采集系统进行数据的自动采集，结果是数据信息完整无缺，从此数据采集系统被广泛使用起来[12]。数据采集与处理系统建立的目标是希望通经过数据的采集得到被测对象的相关参数，进行数据的分析处理后，从而判断相应的工作状态是否符合要求，是否有需要改进的地方或者是否存在潜在的安全隐患，为工作人员的人身安全提供了可靠地保障，为运行设备的故障诊断提供有力的依据。并且随着化工技术的迅猛发展，我国对于化工过程也逐渐重视起来，化工产业对于温度、压力等物理量的采集要求也越来越高，为了满足设计上的可伸缩性、通用性，出现了各式使用不同的传感器组成的温压采集系统[13]。本系统采用气压传感器采集到想要测量的数据后，通过通信模块进行数据通信，最后再将数据传输到上位机的数据库，通过对比，对数据进行分析与处理[14,15]。通过使用一个传感器便可以测量两个物理量，大大减少了使用者的麻烦。
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