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现代工业的智能化，使得各行业实现了生产的无人自动管理，这使产品的质量和生产的安全性得到了显著提高。

智能系统可以由控制者随时设置厂中电器的工作状态；

随时查询厂中生产设备的工作状态，它的研究设计涉及到数据采集、计算机、生产技术等方面。

它的系统设计采用了单片机作为系统的中央控制单元，并结合软件编程，实现了可控界面及安全认证机制，丰富了系统功能，符合未来工业生产的智能化、网络化发展方向。

现代传感器﹑电子技术和集成芯片技术的不断完善，使智能系统的研究更可靠，范围更加广阔。

K-300M系列微电脑程序控制仪是由南昌航空工业学院电子系研制的一种高精度新型工业自动化控制仪表，以广泛应用于纺织工业，对处理纺织，印染，漂染，色织，毛纺，制色花及色牢等质量问题效果显著，并对提高染色质量，节约能源，降低消耗，加强企业管理，提高印染老设备自动化程度和减轻工人劳动强度等方面取得了很好的效果和明显的经济效益。

CK-300M不仅具有优良的温度控制功能，还有多种辅助控制功能：

染缸给液控制；

液面位置检测与控制等。

该系列电脑不仅适用于有热交换器的间接加热方式的染机，也适用于无热交换器的直接加热方式染色机，还适用于各内类高温高压筒子染机，常温常压染机，敞开式常温常压染机。

电脑的辅助控制功能可全部用于染色工艺过程的自动控制，也可以采用部分控制功能，实现部分工艺的自动控制。

该系统以PT100铂热变电阻做传感器，精度高（±

0.2℃），控温范围宽（25℃～152.5℃）。

能定时输出开关信号去执行某种动作以及能提供所要求的温度工艺曲线的转折点的开关量输出，这种性质就给使用者根据需要控制某种动作提供了方便，从而扩大了设备的功能。

除此以外仪器具有体积小、重量轻，抗干扰能力强等特点

第一章CK-300M简介

CK-300M系列高精度微电脑程序控制仪，系采用军工技术为纺织、印染行业开发研制的一种新型工业自动化控制仪表。

它不仅具有优良的温度控制功能，还具有多种辅助控制功能：

即染缸给液控制；

染缸排放控制；

液面位置检测与控制；

染液循环泵的单向循环控制和双向可变参数循环控制；

染色过程中的溢流水控制，CK-300M系列高精度微电脑程序控制仪也可用于轻工、食品、石油、化工、机械等专业，给其配以不同的传感器及执行机构，更换相应的程序模块，变可实现对温度、湿度、压力、流量、速度等的测量，通过微型机进行实时采集和反馈控制，因此可以广泛的应用于各个行业。

CK300M型微电脑控温仪是采用微型计算机新技术而设计的一种温度自动控制机。

主机用8031作CPU（其中8K的EPROM扩展8K的RAM供用户固化温度工艺曲线）；

它有16位8段LED数码管显示器，16个键的键盘和11个发光二极管的指示灯供用户操作和显示信息。

控温仪采用测温电路、高精度低温漂移放大器、滤波电路、A/D转换系统、反馈控制，具有开关量和模拟量输出，模拟输出信号电流4-20mA，本仪器在硬件和软件上采用多种抗干扰措施，在仪器适宜在各种环境工作。

CK-300M不仅具有体积小、重量轻等优点，而且在性能与功能上也具有突出的特点，具体如下：

1、采用十二路开关量输出，可实现加热、冷却、主泵、进水、排水、溢流、放压、入压、反转、正转、报警、结束等十二项功能的输出控制。

2、具有开关量和模拟量输出，开关量输出能直接控制执行机构；

模拟量输出可以是电压和电流。

3、自动化程度：

能实现实时采集信号、自动反馈控制、自动显示各物理量的信息。

4、用户可通过键盘随时设定工艺曲线，任意条工艺曲线的参数固化入内存后，可长久使用而不丢失。

5、本仪器操作简单，键盘功能强。

操作人员只需按几个键就能把固化在仪器内的某种温度曲线调出来，使设备处于控制状态。

在进行过程中，可随意检查所执行工艺曲线的当前段的理论值，并可随时对控温时间进行修改，来满足特殊要求。

6、可用键盘任意设定工艺曲线，非常灵活简便，位印染行业的科研和小批量多花色品种的生产提供了方便。

7、抗干扰能力强。

本仪器在硬件和软件设计上采用了多种抗干扰措施，在工业环境下，仪器保证能正常工作。

8、机体采用铝合型材料，因此仪器具有体积小、重量轻等特点，便于运输。

9、设计有16个LED数码显示器，可实时显示程序运行段号，所以设定时间、目标温度以及运行时间、现场温度一目了然，直观醒目。

其主要技术性能为：

温度控制范围：

25OC-1500C.控温精度：

M3机型：

0.20C.

温度采集通道：

配用分度号为PT100铂热变电阻传感器，温度采集通道为一路

输出反馈控制信号：

开关量12路，分别为加热，冷却，给液，排液，溢流排放，

压力保护信号，报警，工艺结束等。

继电器触点容量均为250V，1A。

输入反馈控制信号：

液位检测开关信号三路，堵布接触信号一路。

控温功能：

（1）控温输出方式：

开关量或模拟量

（2）调节方式：

数字PID

压力保护温度值预置功能：

压力保护值为P1，P2。

可由用户设定10次，电

脑按最后一次设定控制。

工艺储存功能：

（1）可由键盘人工输入至RAM中记忆储存工艺曲线一条。

（2）可在仪器内用EPROM固化储存工艺曲线50条。

环境温度：

温度：

0-+450C，相对湿度<

85%（+250C）

功耗：

〈30W

第二章CK-300M组成及工作原理

2.1CK-300M组成

CK-300M是由主板，控制板，继电器板，电源板，显示板及底座组成的。

总原理图如图2.1

图2.1总原理图

主板：

由17块芯片，若干个电阻，电容组成。

其中核心部分是由8031，数据存储6264，程序存储2764，译码器74LS138，74LS373，74LS244等组成的最小系统而构成的。

除最小系统之外，还有MC14433，及A/D转换器来共同构成主板。

控制板：

8255与继电器之间通过光耦连接，这样把外部强电流与内部机构完全隔离，外部出了问题也不会影响到8255的工作，保护了整个系统的安全。

其上安装了12个继电器作为对外部加热、保温、冷却等器件的控制。

通过并行接口8255开关输出输入，PC口低位为开关量的输入口，PC口高位以及PB口为开关量的输出口，它通过光偶以控制继电器的动作从而控制模拟开关上相应的指示灯以反映温控仪的状态。

电源板：

送出6组电源为其它板的工作提供电源，有变压器，桥式整流电路组成。

交流电通过整流、滤波、三端稳压、滤波后变成不同电压值的直流电，提供相应的电路板所需要的电压，属于典型的三端稳压电路，是整个机器的电源供给中心。

显示板：

8031输出控制信号来控制8279，通过8279来控制发关二极管点亮，LED的数码显示。

并用了两片74LS164控制十个发光二极管的亮与灭。

底座：

与另外3个电路板相连接的关键。

它包含4个板板槽（74芯），5个插槽，变压器，保险丝，模拟/数字地。

4个板槽分别插上显示板，主板，控制板，继电器板，电源板。

5个插槽与显示板，继电器板相连，而且电源地都是直接接在设备的外壳上的。

2.2工作原理

主板是整台温控仪的核心部分。

由外部温度值发生变化，从而导致电桥的不平衡，产生微弱的电压差，由运放放大后经过A/D转换将放大的电压差值变为了数字信号，再通过程序存储器，数据存储器的控制将以变化过来的值进行处理，比较，然后通过D/A转换将送来的数据变为模拟量输出，送入显示缓存单元。

数据再经CPU处理，控制板控制外接设备，从而实现温控仪工作。

这里的关键问题就是温度的采集和变换。

温控仪利用MC14433和DAC0832两块芯片实现温度的采集，通过8255输出电路进行升温或降温的控制。

它利用传感器不断的测量工作温度，温度的变化会引起输入信号的变化，输入信号再经过滤波、放大，再经过电路输入到CPU中。

具体工作是CPU定时检查A/D输入端口，看转换的结果，最后根据采样的结果判断是否需要进行温度转换。

采集，计算差值，PID，控制输出，P1.0、P1.1：

24C16P1.2：

看门狗电路P1.3：

串口控制P1.4：

串灯P1.5：

打印机BUSY入P1.6：

串灯P1.7：

打印STB出口

第三章电路分析

3.1主板

主板是整个温度控制仪的心脏部分，控制着整个系统的运行，而且绝大主板是整个温度控制仪的心脏部分，控制着整个系统的运行，而且绝大部分重要的芯片及元器件都集中在主控板上。

主板上集中了以8031为基础的微电脑控制部分，以A/DMC14433为基础的温度数据采集部分，以0832为基础的数/模转换部分，以4046为基础的看门狗电路以及以24C16为基础的数据存储机构。

主板上的各个部分相互之间形成了一个控制的核心，来控制显示板和控制板。

8031又是指挥主控板工作的控制中心。

从8031扩展出去，按功能可以把整个主控板分为：

工艺曲线存储、程序和数据存贮、数模摸量输出D/A及看门狗电路等五大块。

如图3.1为ICL7650放大电路。

图3.1ICL7650放大电路

由外部一滑动变阻器代替PT-100存于电桥中，在排故时，已将电桥调到平衡，但由于外部电阻的变化即相当于温度的变化，使得电桥的平衡被破坏。

故有微弱的电压差值，通过ICL7650运放将电压差放大并送入三位半双积分式MC14433，将MC14433基准电压输入2V，所以采样进电压值范围是0~1.999V。

如图3.2为采样图。

图3.2采样图

由MC14433中EOC信号下降沿开始每隔20个时钟脉冲周期分别采样进1位数据，采样四次为一个数据的完成。

由于EOC和DU两个引脚相连，则每次A/D结束后会自动启动新的转换。

采样进的数据通过74LS244扩展，分别传入数据存储器6264，程序存储器2764扩展

如图3.3为看门狗复位电路。

图3.3看门狗复位电路

看门狗电路由CD4060及其外部电阻电容，三极管组成。

CD4060主要作用是起定时的作用。

如图3.4为数模模量输出D/A

图3.4数模模摸量输出

3.2控制板

通过主板的控制信号来控制8255的工作，在通过8255的转换来控制其光偶二极管来控制继电器的闭合。

图3.4控制板原理框图

控制板主要采用十二路开关量输出，可实现加热、冷却、主泵、进水、排水、溢流、放压、入压、反转、正转、报警、结束等十二项功能的输出控制。

控制板的8255芯片与主板的8031相连，通过程序来控制继电器的工作，从而控制面板上相应的指示灯点亮。

8255芯片的C0—C3口作为输入口，B口和C4—C7口作为输出口。

使8255芯片工作在方式0，把C口分为两部分，一部分作为输入口，一部分作为输出口。

输出量先通过非门，再通过继电器输出。

图3.5为开关量输入。

图3.5开关量输入

图3.6为开关量输出。

图3.6开关量输出

3.3电源板

电源板主要是电源的生成，通过电压的转换，将220V的交流电压分别转换成5V（主）、15V、5V、＋12V（用于电桥）、＋24V（继电器）、＋24V（开入）、＋5V（串行通信用）、3.6V电池（用于RAM掉电保护）（其主5V电源电路如图3.7）。

其具体过程是经过变压、整流、滤波、稳压，最后输出各板所需的标准电压。

如图3.7电源电路

3.4显示板

CK300M3型控温仪采用8279可编程键盘、显示器接口芯片，配合一个4×

4的16键键盘以及16只LED八段数码管实现了工艺流程及实时信息显示。

显示板原理框图：

8279

键盘

数码管

地址译码器

图3.8显示板原理框图

3.5底板

底板主要包括三个电路板块，两个输入插槽，一个输出插槽，一个17引脚变压器和一个滤波器，以及一个电源开关，还包括它们之间的连线以及它们与各块电路板插槽的连线。

在最靠近显示电路板的插槽中插的是本机的主板，此插槽的连线是最复杂，它包括与显示板的连线，与输出端口的连线，与其余两插槽的连线，还有模拟地及数字地。

中间的插槽是8255并行通信口电路板，它与继电器的两个8引脚的数据线相连，与电源的11和14引脚相连，与输出端口相连，还有模拟地及数字地。

在另一块的插槽插的是电源滤波电路板，它主要与电源相连，对输入电源起滤波作用。

第四章程序设计

4.1设计要求

要求编一控温程序，当采样温度T<

99℃时，使加热继电器动作，相应的冷却继电器关闭，冷却灯灭。

注：

AD采样值0～1999对应25℃～152.5℃，AD采样值变换：

（1个码为0.1℃），Y=2*128*x/（2*200*10）+25.0

4.2设计思路

本程序为一控温程序，因此首先进行温度采样，采十个温度点并滤波，滤波的方法是去十个采样点的最大值与最小值，在求其平均值。

在采样时为防止出现程序混乱或死机现象，要对狗电路进行复位，程序中采用TO中断进行复位。

采样值为BCD码的形式，所以要将采样值转换为二进制的形式进行存储和操作。

采样值范围为0～1999，而温度范围为25℃～152.5℃，将采样值按公式Y=2*128*x/（2*200*10）+25.0转换为温度值存储。

转换后的温度值是一精确到小数点后一位的数，所以要将其四舍五入取整后再进行比较。

当温度值小于99℃时，加热继电器动作，加热、升温指示灯点亮，冷却继电器关闭，冷却指示灯熄灭。

即将连接加热继电器的PB0置高电平，其它输出口置零。

输入74LS164的控制字对应的加热、升温指示灯的位低有效。

冷却指示灯灭.

4.3程序框图

如图4.1为主程序框图

图4.1主程序框图

如图4.2为温度采样程序框图

图4.2温度采样程序框图

第五章排故

插上模拟控制台，首先检测在整机中各路工作电源要否正常，具体为：

交流滤波电路、电源开关、电源指示灯应在工作状态；

变压器、初级和各次级绕阻电压、电流要符全所标定值；

各路整流，滤波，稳压，应达到标定植；

各路直流输出与各板间边线是否正确。

各路输出空载时电压，及带载时电压，电流。

结果都正常。

电源正常后插上主机板和显示板，开机时面板上的数码管闪烁，不能正常显示PGOOD，键盘上的数字键，复位键，功能键均无效。

分析故障原因可能出在显示板，发现有几根线断了，将它们重焊一遍，还不能正常显示，后在对照显示板原理图用电压表逐级检测发现复位信号有虚焊，重新焊好，完成后调试能正常显示PGOOD，键盘按键也有效。

在执行9902时发现继电器跳动，但是按继续键时，不执行循环功能，且显示板显示的数据与要求不匹配。

但执行其它功能时，完全正确。

同组所有成员都来分析这是什么原因造成的，得出结果有两种可能，一是2764坏了，二是底板接线有问题。

朝着这两个方向排故，开始将主板换了块好的主板，结果还是没有变化，且将着块主板装在其他人的机子上，完全正确，从而得出故障并非是2764。

再检测是否问题出在底板上，且出在哪一部分。

其它功能都正常，所以说明出在控制板、显示板和继电器之间，对照好机子的底板一根线，一根线的找，结果发现在显示板与控制板间的一根线接错了。

重新焊好后，结果出来了。

第六章总结与体会

在我们即将毕业，面临着走入社会和参加工作的同时毕业实习对我们来说是一次练兵的好机会，在实习过程中要依照工作的作息时间和要求严格规范自己，按时完成实习任务，主动学习，善于发现和积极解决工作中的问题和难题，对问题要有自己的观点，要培养创造性地解决问题的能力，对设计中不足能够提出自己的意见和改进的方案，锻炼创新能力。

此团对精神很重要，比如在实习中我们不同的小组有不同的任务在工作中我们不能忽视的还有团队精神，一个捎大的设计往往需要团队共同完成，每个人都有其各自的任务，而设计是一个整体，需要成员之间的交流与合作。

同时，我学会了制作单片机系统仪器的制作，懂得了电路设计的一般原理，同时接触到了更多平时没有接触到的仪器设备、元器件以及相关的使用排故经验，发现了自己很多的不足之处。

此次实习让我们把在课堂上学到的知识用到实践环节中去，通过实践进一步了解如何进行工业控制设计。

通过在实践中对硬件和软件的设计及编程进一步加深了对单片机的系统的结构，指令系统，单片机的外围模块，汇编语言程序设计，系统扩展技术以及输入/输出设备的接口方法的认识和使用。

经过努力成功的完成了本次实践。

参考文献

1．曹国华等.单片机原理及接口技术.西安电子科技大学出版社.1993

2．李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京航空航天大学出版社.1993

3.吴金戌.8051单片机实践与应用,.清华大学出版社.2001

4.张友德等.单片微型机原理、应用与实验.复旦大学出版社.1995

程序清单

ORG2000H

AJMPMAIN

ORG200BH

JMPINTT0

***********************************主程序**************************************

MAIN:

MOVSP,#67H；

设置栈底

MOVTMOD,#01H；

设置8031中断方式

MOVTH0,#0FFH；

赋中断记数值

MOVTL0,#00H

MOVDPTR,#8003H；

8255控制口地址

MOVA,#81H

MOVX@DPTR,A；

设置8255A，B口工作方式：

输出

MOVIE,#82H；

设置T0中断容许

SETBTR0；

开T0中断

MOVDPTR,#7FFFH；

8279口地址

MOVA,#0D1H

清除8279的RMA

DL:

MOVXA,@DPTR

JBACC.7,DL；

等待

MOVA,#2AH；

设置分频系数：

10

MOVX@DPTR,A

MOVA,#08H；

设置键盘显示方式命令字：

16字符显示

MOVX@DPTR,A编码扫描键盘.

START:

CALLCAIYANG；

温度采样

CALLCHBCD；

BCD转换为16进制

CALLLBOMAX；

滤波，去最大值

CALLLBOMIN；

滤波，去最小值

CALLQIUHE；

求滤波后的平均值

CALLTIAOZHEN；

将结果扩大10倍2*（8x）/25+250

CALLHEXTOBCD；

将16进制转换为10进制

CALLDISP；

显示

CALLSCOPE；

控制8255和8279使相应的继电器动作亮灯

JMPSTART；

继续扫描

***********************************温度采样************************************

SAMPLE:

MOVR1,#30H

MOVR5,#10H；

采样记数，10次

SALP4:

MOVR0,#50H

MOVR7,#04H；

74LS144转换值位控制

MOVR6,#10H

MOVDPTR,#3FFFH

SALP0:

MOVXA，@DPTR；

采样值送AR2

MOVR2,A；

R2保存采样值

ANLA,R6；

判断千位是否转换完

JZSALP0；

没有就等待

MOVA,R2；

将千位值给A

ANLA,#0FH；

值为非压缩BCD码，取千位值

MOV@R0,A；

保存

INCR0；

指向下一个储存单元

MOVA,R6

RLA；

A左移一位，修该写位标志

MOVR6，A

DJNZR7,SALP0；

是否全部读取完，千.百.十.个分别送50H

MOVA,50H51H，52H，53H

JBACC.3,SALP1；

千位是否为1

MOV50H,#00H；

为01，千位置1

NOP

JMPSALP2

SALP1:

MOV50H,#01H

SALP2:

MOVR0,#50H

XCHDA,@R0

SWAPA

INCR0

MOV20H,A；

将千位百位调整为压缩BCD

MOV21H,A

CALLCHANGE

MOV@R1,A

INCR1

MOV@R1,B

CALLDELAY

DJNZR5,SALP4

RET

*********************************BCD转换为16进*******************************

CHANGE:

MOVA,20H

ANLA,#0FH

JNB04H,CLOOP1

ADDA,#10

CLOOP1:

MOVB,#10

MULAB

MOVB,A

MOVA,21H

ADDA,B

MOVB,#10

MOV20H,A

MOV21H,B

MOVA,20H

ADDCA,#00H

**********************************滤波去最大值*********************************

LBMAX:

MOVR7,#09H

MOVR0,#30H

FMAXLP:

MOVA,R0

ADDA,#02H

MOVR1,A

MOVA,@R0

CLRC

SUBBA,@R1

JCFMAXLP1

JNZFMAXLP2

MOVA,@R1