单片机煤化验炉控制系统设计
单片机煤化验炉控制系统设计[20200211153453]
摘要
煤化验炉被广泛应用在冶金、机械、石油化工等工业生产中，其工作效果与效率、产品质量、节能环保等密切相关。因此对煤化验炉控制系统的稳定性、精度性等要求也越来越高。
本次毕业设计以煤化验炉为控制对象，设计基于单片机的煤化验炉控制系统，实时采集煤化验炉的温度，通过STC89C52进行PID控制，保持炉温恒定在设定值，并经串口通信将数据发送到VB设计的上位机显示系统界面。本文首先阐述了煤化验炉的发展状况，以及温度控制系统在现代工业领域的应用。之后对系统进行整体性分析，然后对本次毕业设计的温度数据处理部分、控制部分，显示部分和通信部分等分别在软件和硬件方面阐述其控制要求和实现方法。最后简要讲述了系统调试的过程。
经实验室运行调试，本设计系统运行良好，达到了预期的效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:STC89C52热电偶PID控制串口通讯VB
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 温度控制系统的功能和发展趋势 1
1.3 课题研究的主要内容 2
2. 温度控制系统总体设计方案 3
2.1 系统设计方案的论证和比较 3
2.2 主控制芯片STC89C52 3
2.3 热电偶测温模块 5
2.4 A/D转换模块 7
2.5 MAX232芯片 8
3. 硬件系统设计 9
3.1 硬件系统整体设计 9
3.2 热电偶传感器部分设计 9
3.2.1 热电偶信号放大电路 10
3.2.2 A/D转换电路 11
3.3 按键控制部分设计 12
3.4 数码管显示部分设计 13
3.5 上位机串口控制设计 13
3.5.1 RS-232串口 14
3.5.2 MAX232芯片实现RS-232与TTL电平转换 14
3.5.3 执行器控制模块 15
3.6 温度控制系统Altium Design原理图 16
4. 煤化验炉控制系统软件设计 18
4.1 主程序总体流程设计 18
4.2 串口中断程序设计 18
4.2.1 串行口寄存器的基本结构 19
4.2.2 串行口方式1的波特率 19
4.2.3 方式1编程 20
4.3 数码管显示设计 22
4.3.1 数码管显示方法 22
4.3.2 显示子程序 22
4.4 键盘控制设计 23
4.4.1 独立按键检测 24
4.4.2 按键控制设计 25
4.5 A/D数据转化设计 27
4.6 PID控制程序设计 28
4.6.1 PID基本概念 29
4.6.2 数字PID控制器 29
5. 上位机监控系统设计 33
5.1 串行通信控件MSComm控件处理通信的方式 33
5.1.1 MSComm控件处理通信的方式 33
5.1.2 MSComm控件的引用 33
5.2 界面设计 34
5.3 实时曲线设计 35
5.4 VB程序设计 36
6. 系统调试 37
6.1 程序下载 37
6.2 下位机调试 37
6.3 上位机调试 39
参考文献 40
附录一 41
附录二 43
致谢 54
1. 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
伴随着电子信息产业以及各种大工业的发展，企业技术改造的高度和深度已开始出现明显的变化，大多数煤化验炉已不满足于常规技术和设备的新旧交替，技术改革强劲势头给煤化验炉带来更多的机会。用户对煤化验炉的可靠性和自动化程度、节能环保水平越来越高。这就要求新设备符合发展动向和满足用户的需求。我国煤化验炉热处理行业市场前景尽管十分看好，但仍然有许多问题，比如煤化验炉技术落后、耗能高。煤化验炉生产商应该抓住时机提升专业化技术，这样才能满足市场需求。
在煤炭、冶炼等工业生产中煤化验炉被广泛使用，在现代化的生产过程中，能否对温度进行精确地测量和控制决定了生产效率、产品质量、能源利用率等一些重要技术经济指标。因此各个领域对煤化验炉温度控制的稳定性、可靠性、精度等要求也越来越高，温度测量控制技术也成为现代科技发展中的一项重要技术。
1.2 温度控制系统的功能和发展趋势
由于温度的高低对燃烧、冶炼、化学反应等一系列的物理化学过程起着重大的影响，所以温度是重要的物理量。温度过高或者过低都有会导致产品良莠不齐、实验结果偏差加大等诸多问题，所以温度检测的意义就越来越大。温度控制系统在工业生产、理论研究以及日常生活中，温度控制系统随处可见。许多工业生产过程对温度有着极为严格的要求，只有满足这些要求，生产才可以顺利的进行，产品质量才能够得到保证。温度控制系统可以根据生产要求对生产环境的温度随时进行调整，从而确保生产能够安全、顺利进行，从而提高企业生产的效率、保证产品的质量。
测量装置是用来测量被控对象，即温度；调节器比较测量值和设定值，并对偏差信号进行处理；执行器根据调节器发出的偏差信号来调节被控温度，使被控温度稳定在设定值。测量装置、调节器、执行器和被控对象组成了一个装置，成为温度控制[1]。
1.3 课题研究的主要内容
本次毕业设计的课题以STC89C52为核心，结合相关的硬件，设计基于单片机的温度控制系统。在毕业设计过程中，主要完成了以下几个方面的内容：
（1）热电偶温度传感器将温度信号转化为微弱的电压信号；通过信号放大电路，将小信号放大成可以识别的电压信号。单片机在采集模拟信号时，需要在前端安装模拟量/数字量装换器，将电路中的模拟电压信号转换成单片机可以识别的数字量。
（2）通过按键，可以设置的设定温度以及PID三个参数。系统通过对设定温读和实际温度进行比较。当温差大于10℃，加热器全速加热；当温差小于10℃，PID调节器启动，使温度趋近于设定值；当温差小于0，加热器停止工作。与此同时，数码管显示器可以随时显示实际温度。
（3）通过串口通信，单片机将实际温度值到计算机的VB界面上；同时可以在VB界面上重新设置设定温度。VB界面会根据实际温度绘制实时温度曲线。2. 温度控制系统总体设计方案
2.1 系统设计方案的论证和比较
根据毕业设计的课题要求，煤化验炉控制系统是由数据处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、控制执行模块及串口通讯模块组成，所以本设计要考虑这些模块器件的选型以及所设计出来的煤化验炉的可行性，其主要有以下几种设计方案。
方案一：采用热电阻即PT100作为测温元件。此方案在理论上是可行的，但是由于它的测温范围的上限不能达到煤化验炉工作温度，这使得它的应用受到了一定的限制，热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度变化而变化特性。一般来说，温度在300℃以下的用热电阻。
方案二：采用热电偶作为测温元件。由于直接接触被测物体测量准确、使用型号多测量范围宽，且和屏蔽线配合使用抗干扰能力强。一般来说，温度在300℃以上的用热电偶。
方案三：采用DS18B20作为测温元件。DS18B20作为常用的数字式温度传感器，具有体积小，成本低，抗干扰能力强，精度高的特点，而且可以直接连接单片机。但其测温的范围局限于-55~+125℃，也制约了它的使用。
综上分析，由于热电偶符合煤化验炉的工作要求，所以本次毕业设计采用方案二。
2.2 主控制芯片STC89C52
本次毕业设计使用的单片机是STC89C52。单片机是集成了微型处理器、存储器以及各种输入/输出接口的芯片，正因为这些存储器和接口，使单片机拥有计算机的属性。STC89C52芯片是STC公司生产的产品，芯片内部是8051内核芯片，具有8KB内部程序存储器、512字节的内部RAM，采用CMOS工艺。同时STC89C52共有6个中断源，其中芯片内部拥有3个16位可编程的定时器/计数器。使用时只需要设置相关的特殊功能寄存器就可以选择启用定时功能或者计数功能。其他中断源包括外部中断0、外部中断1、串行口中断。如图2-1所示为STC89C52的引脚图：
摘要
煤化验炉被广泛应用在冶金、机械、石油化工等工业生产中，其工作效果与效率、产品质量、节能环保等密切相关。因此对煤化验炉控制系统的稳定性、精度性等要求也越来越高。
本次毕业设计以煤化验炉为控制对象，设计基于单片机的煤化验炉控制系统，实时采集煤化验炉的温度，通过STC89C52进行PID控制，保持炉温恒定在设定值，并经串口通信将数据发送到VB设计的上位机显示系统界面。本文首先阐述了煤化验炉的发展状况，以及温度控制系统在现代工业领域的应用。之后对系统进行整体性分析，然后对本次毕业设计的温度数据处理部分、控制部分，显示部分和通信部分等分别在软件和硬件方面阐述其控制要求和实现方法。最后简要讲述了系统调试的过程。
经实验室运行调试，本设计系统运行良好，达到了预期的效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:STC89C52热电偶PID控制串口通讯VB
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 温度控制系统的功能和发展趋势 1
1.3 课题研究的主要内容 2
2. 温度控制系统总体设计方案 3
2.1 系统设计方案的论证和比较 3
2.2 主控制芯片STC89C52 3
2.3 热电偶测温模块 5
2.4 A/D转换模块 7
2.5 MAX232芯片 8
3. 硬件系统设计 9
3.1 硬件系统整体设计 9
3.2 热电偶传感器部分设计 9
3.2.1 热电偶信号放大电路 10
3.2.2 A/D转换电路 11
3.3 按键控制部分设计 12
3.4 数码管显示部分设计 13
3.5 上位机串口控制设计 13
3.5.1 RS-232串口 14
3.5.2 MAX232芯片实现RS-232与TTL电平转换 14
3.5.3 执行器控制模块 15
3.6 温度控制系统Altium Design原理图 16
4. 煤化验炉控制系统软件设计 18
4.1 主程序总体流程设计 18
4.2 串口中断程序设计 18
4.2.1 串行口寄存器的基本结构 19
4.2.2 串行口方式1的波特率 19
4.2.3 方式1编程 20
4.3 数码管显示设计 22
4.3.1 数码管显示方法 22
4.3.2 显示子程序 22
4.4 键盘控制设计 23
4.4.1 独立按键检测 24
4.4.2 按键控制设计 25
4.5 A/D数据转化设计 27
4.6 PID控制程序设计 28
4.6.1 PID基本概念 29
4.6.2 数字PID控制器 29
5. 上位机监控系统设计 33
5.1 串行通信控件MSComm控件处理通信的方式 33
5.1.1 MSComm控件处理通信的方式 33
5.1.2 MSComm控件的引用 33
5.2 界面设计 34
5.3 实时曲线设计 35
5.4 VB程序设计 36
6. 系统调试 37
6.1 程序下载 37
6.2 下位机调试 37
6.3 上位机调试 39
参考文献 40
附录一 41
附录二 43
致谢 54
1. 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
伴随着电子信息产业以及各种大工业的发展，企业技术改造的高度和深度已开始出现明显的变化，大多数煤化验炉已不满足于常规技术和设备的新旧交替，技术改革强劲势头给煤化验炉带来更多的机会。用户对煤化验炉的可靠性和自动化程度、节能环保水平越来越高。这就要求新设备符合发展动向和满足用户的需求。我国煤化验炉热处理行业市场前景尽管十分看好，但仍然有许多问题，比如煤化验炉技术落后、耗能高。煤化验炉生产商应该抓住时机提升专业化技术，这样才能满足市场需求。
在煤炭、冶炼等工业生产中煤化验炉被广泛使用，在现代化的生产过程中，能否对温度进行精确地测量和控制决定了生产效率、产品质量、能源利用率等一些重要技术经济指标。因此各个领域对煤化验炉温度控制的稳定性、可靠性、精度等要求也越来越高，温度测量控制技术也成为现代科技发展中的一项重要技术。
1.2 温度控制系统的功能和发展趋势
由于温度的高低对燃烧、冶炼、化学反应等一系列的物理化学过程起着重大的影响，所以温度是重要的物理量。温度过高或者过低都有会导致产品良莠不齐、实验结果偏差加大等诸多问题，所以温度检测的意义就越来越大。温度控制系统在工业生产、理论研究以及日常生活中，温度控制系统随处可见。许多工业生产过程对温度有着极为严格的要求，只有满足这些要求，生产才可以顺利的进行，产品质量才能够得到保证。温度控制系统可以根据生产要求对生产环境的温度随时进行调整，从而确保生产能够安全、顺利进行，从而提高企业生产的效率、保证产品的质量。
测量装置是用来测量被控对象，即温度；调节器比较测量值和设定值，并对偏差信号进行处理；执行器根据调节器发出的偏差信号来调节被控温度，使被控温度稳定在设定值。测量装置、调节器、执行器和被控对象组成了一个装置，成为温度控制[1]。
1.3 课题研究的主要内容
本次毕业设计的课题以STC89C52为核心，结合相关的硬件，设计基于单片机的温度控制系统。在毕业设计过程中，主要完成了以下几个方面的内容：
（1）热电偶温度传感器将温度信号转化为微弱的电压信号；通过信号放大电路，将小信号放大成可以识别的电压信号。单片机在采集模拟信号时，需要在前端安装模拟量/数字量装换器，将电路中的模拟电压信号转换成单片机可以识别的数字量。
（2）通过按键，可以设置的设定温度以及PID三个参数。系统通过对设定温读和实际温度进行比较。当温差大于10℃，加热器全速加热；当温差小于10℃，PID调节器启动，使温度趋近于设定值；当温差小于0，加热器停止工作。与此同时，数码管显示器可以随时显示实际温度。
（3）通过串口通信，单片机将实际温度值到计算机的VB界面上；同时可以在VB界面上重新设置设定温度。VB界面会根据实际温度绘制实时温度曲线。2. 温度控制系统总体设计方案
2.1 系统设计方案的论证和比较
根据毕业设计的课题要求，煤化验炉控制系统是由数据处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、控制执行模块及串口通讯模块组成，所以本设计要考虑这些模块器件的选型以及所设计出来的煤化验炉的可行性，其主要有以下几种设计方案。
方案一：采用热电阻即PT100作为测温元件。此方案在理论上是可行的，但是由于它的测温范围的上限不能达到煤化验炉工作温度，这使得它的应用受到了一定的限制，热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度变化而变化特性。一般来说，温度在300℃以下的用热电阻。
方案二：采用热电偶作为测温元件。由于直接接触被测物体测量准确、使用型号多测量范围宽，且和屏蔽线配合使用抗干扰能力强。一般来说，温度在300℃以上的用热电偶。
方案三：采用DS18B20作为测温元件。DS18B20作为常用的数字式温度传感器，具有体积小，成本低，抗干扰能力强，精度高的特点，而且可以直接连接单片机。但其测温的范围局限于-55~+125℃，也制约了它的使用。
综上分析，由于热电偶符合煤化验炉的工作要求，所以本次毕业设计采用方案二。
2.2 主控制芯片STC89C52
本次毕业设计使用的单片机是STC89C52。单片机是集成了微型处理器、存储器以及各种输入/输出接口的芯片，正因为这些存储器和接口，使单片机拥有计算机的属性。STC89C52芯片是STC公司生产的产品，芯片内部是8051内核芯片，具有8KB内部程序存储器、512字节的内部RAM，采用CMOS工艺。同时STC89C52共有6个中断源，其中芯片内部拥有3个16位可编程的定时器/计数器。使用时只需要设置相关的特殊功能寄存器就可以选择启用定时功能或者计数功能。其他中断源包括外部中断0、外部中断1、串行口中断。如图2-1所示为STC89C52的引脚图：
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4460.html
