系统详细设计报告Word格式.docx
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2012.9.14
V1.0
初稿
野静
分工情况
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工作内容
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备注
系统详细设计报告撰写
1
摘要
本论文主要详细介绍了电化学玻璃电极智能烧结炉的功能和设计方法。
玻璃电极广泛应用于电化学分析科研等领域，玻璃电极的生产成功率的提高大大有助于加快科研实验的进程，而此方案便设计提供了一种能够进行高效大批量玻璃电极生产的自动控制系统。
该设计方案基于PIC单片机控制技术实现玻璃电极烧结的自动化控制，不仅能够提高烧结玻璃电极的效率和成功率，而且降低了科研实验的成本。
系统中采用PIC单片机处理器进行控制，通过电路主控模块对玻璃电极的参数分析，计算出电极所需烧结时间，自动控制玻璃电极定时入炉出炉的操作。
使用WS100T10集成电路和可控硅功率控制技术改变加热部件的功率大小并使其处于恒温加热状态，并采用高精度温度传感器进行温度信号的采集取样，实现系统的温度设定与定时烧结时间的精确配置。
通过595数码管显示模块，显示当前玻璃电极的各项参数，实时温度与设定温度以及入炉和出炉的时间等参数。
本论文详细阐述了控制系统的方案设计，并对其系统性能进行了必要的分析讨论。
关键词：
电化学玻璃电极；
PIC单片机；
烧结炉；
WS100T10；
可控硅
Abstract
Thispapermainlyintroducedtheelectrodeelectrochemicalglassintelligentsinteringfurnacefunctionanddesignmethod.Glasselectrodesarewidelyusedinthefieldssuchaselectrochemicalanalysisandscientificresearch,theproductionofglasselectrodessuccessratecontributegreatlytospeeduptheprocessofscientificresearchexperiment,andthisplananddesignprovidesacaneffectivelymassproductionglasselectrodesoftheautomaticcontrolsystem.ThedesignschemebasedonPICmicrocontrollercontroltechnologyrealizetheautomationofsinteringglasselectrodes,cannotonlyimprovetheefficiencyandsinteringglasselectrodessuccessrate,andreducethecostofresearch.SystembyPICmicrocontrollerprocessorcontrol,throughthecircuitcontrolmoduletotheglasselectrodesparametersanalysis,calculatestheelectrodesinteringtimerequired,automaticcontrolglasselectrodestimingchargingfromtheoperation.UseWS100T10integratedcircuitandSCRpowercontroltechnologytochangethesizeofthepowerandheatingcomponentsthatitisinconstanttemperatureandheatingcondition,andbyusingthehighprecisiontemperaturesensorsfortemperaturesignalcollectionsampling,thetemperatureofthesystemandthetimingofsinteringsettimeaccuratelywith.Throughthe595digitalpipedisplaymodule,showthecurrenttheparametersoftheglasselectrodes,real-timetemperatureandsettemperatureandchargingandbakedtimeparameters.Thispaperexpoundsthedesignofthecontrolsystem,andthesystemperformancethroughthenecessaryanddiscussed.
Keywords:
Electrochemicalglasselectrodes;
PICmicrocontroller;
Intelligentsinteringfurnace;
WS100T10;
SCR
——详细设计报告
辅导教师：
梁西银
制作者：
王冠野静陈雪莲王君保
1．系统概述
本设计以电力载波技术为核心，以PIC单片机作为处理器，稳压技术以及串口通信技术为基础，通过PIC单片机连接和控制温度采样模块，可控硅功率控制模块，显示模块，机械结构驱动模块等四个模块电路，实现整个系统的自动控制过程，并进行相应的参数分析和显示。
通过温度变送器将温度信号传送给采样电路，经过单片机处理实现相应的控制，由可控硅WS100T进行加热部件的功率控制，运用驱动芯片驱动继电器使之连接机械控制部分实现自动入炉出炉。
1、实现炉温度控制。
可实现对每个烧结装置的温度控制点分别进行温度检测、显示、控制；
并可分别自动校正各个烧结控制装置的电极参数、烧结时间；
2、检测参数。
加热炉体及各个烧结炉系统的温度控制点的温度值，烧结玻璃电极的长度，直径等参数，以此计算出在特定温度下所需烧结时间；
3、实现玻璃电极生产过程自动化。
通过集中操作，提供完善的操作方式设置，提供状态及运行、显示，可实时监控温度等参数，自行进行功率加热调整，自动定时入炉出炉控制。
2．系统设计要求及功能指标
系统的设计要求如下：
（1）设计基于电力载波的智能化烧结炉系统的体系结构。
（2）克服电力载波固有的信号衰减、阻抗失配以及等幅震荡干扰等问题。
（3）利用经验参数和单片机技术实现玻璃电极烧结的自动化控制，提高玻璃电极烧结的成功率。
（4）设计电力线接口电路。
（5）通过单片机技术控制一系列的工作，比如说玻璃的参数分析，烧结过程中的时间计算，如何自动控制入炉出炉，利用可控硅控制加热部件的功率，显示模块可以通过数码管显示，主要显示玻璃电极上的各个参数，拉伸电极时的温度，入炉和出炉的时间等等。
（6）玻璃电极参数的精确计算方法，入炉和出炉的过程平稳控制算法。
（7）以PIC单片机控制为主，实现整个系统的自动控制，以及相应参数的内容显示。
（8）通过烧结使得玻璃电极达到一定的熔点后，根据实验的需要拉伸不同型号玻璃电极。
（9）该智能系统对多工位烧结炉能够实现了有效控制，使升温阶段可以按照设定的要求上升，而且也可以很快就达到恒温状态，且温度变化量很小。
3．系统设计总体方案
3.1系统总体框图
分析系统设计要求，可将系统分为两个部分，分别是输入模块和输出模块。
其中，输入模块包括：
电源模块、温度采样模块、按键输入模块；
输出模块包括：
数码管显示模块、串口通信模块、继电器驱动模块。
系统设计的原理框图如下面图1所示，系统的电路设计框图如图2所示：
图1系统总体结构框图
图2电路设计结构框图
3.2系统关键方案（控制芯片的选取）的论证与比较
方案一：
选取MC51单片机为核心，具体型号为AT89C52，配合BWP08电力载波模块﹑可控硅控制模块，构成电路的主体结构。
该MCS-51单片机是8位的低电压，低功耗的复杂指令单片机。
其主要特性是具有一个用于多处理器通讯的增强型串口和一个增/减定时器计数器，专门适用于控制应用。
选用89C52的另外一个重要原因就是在芯片上实现了256字节的RAM，高端128字节的地址和特殊功能寄存器（SFR）的地址相同，但可以通过不同寻址方式区分，因此解决了测量仪的软件编程所用的RAM空间，不必再另外扩展随机存储器，节约了硬件资源。
不过，由于该单片的精度和性能达不到我们需要的技术要求，故放弃。
方案二：
此方案选用PIC单片机作为核心控制芯片，具体的型号为PIC12F609，8引脚，这个PIC单片机具有4个10位的A/D转换通道，13位的程序计数器，可以寻址8K*14的程序存储空间，总体来说各项性能都满足实验要求，选取这个芯片的初衷是由于体积较小，性能优越，这样可以很好的实现总体设计要求体积小的原则，但是在进行扩展性设计时内部资源远远不够，并且打算在测试阶段要进行在线编程，所以最终还是放弃选用单片机PIC12F609。
方案三：
这个方案还是选取PIC单片机为控制芯片，但主模块选取的是28引脚的SOIC封装模式的PIC16F882，此芯片具有多用途、高性能、低成本和全静态的优点，高可靠性的看门狗自带了片上RC振荡器，能够避免程序锁死。
从模块选取的是28引脚的贴片芯片PIC16F688，此芯片的优点是内存资源丰富，运行速度快，性能稳定，完全可以实现系统的各项设计要求，而且有足够的引脚可以实现功能的扩展。
此单片机的相关资料都很丰富，使用技术的熟练程度已经很高，便于进行程序的书写和调试工作，对整个设计的进程有很大的促进作用。
所以，最后选定使用PIC16F882为核心的控制芯片，BWP08电力载波芯片，稳压芯片使用78M05，输出电压为5V，再配合可控硅控制电路构成最终的设计电路。
4.系统硬件详细设计
本系统设计的硬件主要包含以下几个部分：
电源模块、温度采样模块、按键输入模块、数码管显示模块、串口通信模块、继电器驱动模块等。
在设计中为了实现设计要求所要求的体积尽可能小的原则，电路中所有的元件都使用贴片的（注：
可控硅与电感以及个别电容除外），因为贴片元件的体积较小，这样可以使我们最终设计出来的印刷版体积小。
由于上面已经对单片机选型进行了论证，在此不作赘述。
4.1硬件模块设计
4.1.1恒温控制系统
图3恒温控制系统原理框图
（1）PIC16F882芯片功能及相关特性介绍
PIC系列单片机的硬件系统设计简洁，指令系统设计精炼。
在所有的单片机品种中，它是最容易学习、最容易应用的单片机品种之一。
PIC单片机不仅采用哈佛体系结构（两种存储器位于不同的逻辑空间里），而且换采用了哈佛总线结构（如图4所示），在芯片内部将数据总
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