基于单片机的乳化物干燥过程控制系统设计毕业设计.docx

1、基于单片机的乳化物干燥过程控制系统设计 毕业设计基于单片机的乳化物干燥过程控制系统设计 (毕业设计) 作者： 日期： 基于单片机的乳化物干燥过程控制系统设计 摘 要 对乳化物进行干燥是为了使物料便于加工、运输、驻藏和使用。本设计是以AT89S51单片机为核心的温度控制系统。温度信号由温度芯片DS18B20采集 并以数字信号的方式传送给单片机,该控制系统的硬件部分 包括 温度检测电路、温度控制电路、PC机与单片机串口通讯电路和一些接口电路 。单片机通过对信号进行相应处理 从而实现温度控制的目的。软件设计部分尤为重要 在这里采用模块化结构 主要模块有 数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信

2、号处理程序、超温报警程序、加热程序。经过调试 实现了系统的智能化控制 使乳化物干燥过程达到较好的效果。 关键词 单片机 控制 温度 干燥 本页完 第 2 页 共 53 页 MICROCONTROLLER-BASED EMULSION DRYING PROCESS CONTROL SYSTEM DESIGN ABSTRACT Drying of the emulsion is to make the material easy to process, transport, and use of Tibet.This design is based on AT89C51 microcomputer

3、 as the core of the temperature control system. The temperature signal by the temperature chip DS18B20 gathering, and transmits by digital signals way for the monolithic integrated circuit. In the article introduced this control systems hardware part, including:Temperature examination electric circu

4、it, temperature-control circuit, PC machine and monolithic integrated circuit serial port communication channel and some interface circuit. The monolithic integrated circuit through carries on corresponding processing to the signal, thus realizes the temperature control goal.he software design is es

5、pecially important, uses the modular structure in here, the main module includes: Nixietube display sequence, keyboard scanning and pressed key disposal procedure, temperature signal processing procedure, black-white control procedure, excess temperature warning procedure heating procedure.After com

6、missioning,realized the intelligent control syatem,make emulsify drying process to achieve better effect. Keywords:SCM Control Temperature,Drying 本页完 第 3 页 共 53 页 目 录 1 绪论 . 错误 未定义书签。1 1.1本课题研究的对象、背景、现状及意义 . 错误 未定义书签。1 1.1.1背景及意义 . 错误 未定义书签。1 1.1.2现状 . 错误 未定义书签。1 1.1.3最新研究动态 . 错误 未定义书签。1 1.1.4发展趋势 .

7、 2 1.1.5被控对象的介绍 . 3 1.1.6单片机的发展及温度控制系统 . 3 2系统的总体方案设计 . 6 2.1系统的总体设计 . 6 2.2乳化物的干燥过程及温度的设定 . 7 2.2.1原料 . 7 2.2.2预热杀菌 . 8 2.2.3真空浓缩 . 8 2.2.4冷却 . 8 3硬件设计 . 9 3.1单片机选型原则 . 9 3.2单片机的选择 . 10 3.374HC245芯片的选定 . 16 3.4温度采集硬件的选择 . 17 3.4.1技术性能描述 . 18 3.4.2 应用范围 . 19 3.4.3接线说明 . 19 3.5显示硬件的选择 . 22 3.6按键的选择 .

8、 22 3.7通信部分 . 22 3.8报警加热部分 . 23本页完 第 4 页 共 53 页 3.9Proteus软件的介绍 . 24 3.10总体电路原理图 . 25 4软件设计 . 26 4.1Keil C51软件的介绍 . 26 4.2设计思路、流程图 . 26 4.2.1温度采集模块 . 27 4.2.2数据处理模块 . 28 4.2.3键盘模块 . 29 4.2.4加热报警模块 . 30 4.2.5编写程序所需要的总流程图 . 31 4.2.6本设计的源程序代码 . 32 5单片机控制温度的说明及PID控制 . 33 5.1温控制的说明 . 33 5.2PID控制原理及算法 . 3

9、3 5.2.1控制原理 . 33 5.2.2控制规律及对系统稳定性的影响 . 34 6仿真 . 35 6.1下面是仿真的结果和分析 . 35 7总结 . 36 附录 . 37 附录 . 38 参考文献 . 47 致谢 . 49 本页完 第 5 页 共 53 页 1 绪论 1.1 本课题研究的对象、背景、现状及意义 1.1.1 背景及意义 干燥在化工生产中应用非常广泛 因为绝大多数的固化工产品都有一定的含湿量要求。例如 聚氯乙烯的含水量须低于0.3% 否则在其制品中将有气泡生成 抗菌素含水量太高会影响其使用期限 不经干燥的染料在包装桶中贮藏时 湿物料会沉降分层 使各层中染料含量不同 这会给使用厂

10、家带来许多不必要的麻烦。所以 干燥的意义是使物料便于加工、运输、驻藏和使用。 1.1.2 现状 几乎所有工业领域都有热力干燥这一环节 涉及的材料超过6万种。物料干燥属于高能耗行业 据不完全统计 全球10 25 的能源用于工业热力干燥 在我国干燥所用能源占国民经济总能耗的12 左右。目前干燥学术研发活动地位低下 存在咀下问题 1)很多干燥的实际过程过于复杂 有时甚至无法总结归纳其采用的干燥原理 2)不少干燥的理论研究与工业应用脱节 陷人了“理论研究一发表论文一再研艚发表论文”的怪圈 昂终失去应用价值 3)一砦新的干燥理念在小试或巾试后 由于技术风险性高和扩大生产的条件限制 只有少部分成为有活力并

11、可在商业上应用的创新技术 4)多数干燥设备的使用寿命过长 在优化设计方面无创新 阻碍了创新的快速发展。如目前术材干燥行业巾 尚尤突破性的技术取代常规蒸汽干燥5)大多数工业干燥生产习惯于采用简单的、无正规设计的土法干燥设施1 。 1.1.3最新研究动态 1干燥创新技术举例 1)干燥模型 近年来 一些学者采用了神经网络模型和考虑物料收缩的孔道网络等温干燥楼型以及计算流体动力学模型(配有CFD商用计算软件)L7一等。 2)过热蒸汽干燥 用过热蒸汽作干燥介质 町以减少传质阻力 明显增强传热系数。 3)联合干燥是符合国际干燥技术的创新发展趋势的干燥方式。因为每一种干燥 第 6 页 共 53 页 方法都有

12、各自的优点和适用范围 联合干燥IE是取其优点而避其缺点。 4)生物干燥原理是利用堆积的生物材料巾 微生物氧化分解有机物所产生的能量来实现干燥过程。特点是不需要消耗常规能源 干燥成本低 且使用安全。生物干燥的速度常与生物材料的含水率、温度及通气量有关。该技术可用于干燥纸浆混和物 在技术上和经济E都星可行的。 5)超临界干燥 超临界流体是一种温度和压力处于临界点以上 无汽液柏界面区别而兼有液体性质和气体性质的物质相态。超临界干燥过程实际上就是利用超临界流体超强的溶解能力 使被干燥液体达到超临界状态并溶解在超临界流体中。 1.1.4发展趋势 未来干燥技术的发展总趋势是 在同等能耗下 提高产品的产量和

13、质量 在同等产品产量和质量下降低能耗;各种干燥技术组合和优化以降低干燥过程对环境危害,促进可持续发展。 1推进干燥技术的创新 1)将沉积的创新技术转变为可持续发展的创新技术 否则失去干燥技术研发的意义 2)干燥模型必须可预测转递现象和制定质量参数 使之更具有普遍性、精确性和实用性 3)提高干燥效率不单是热质传递问题 还要考虑整个十燥系统的优化 联合干燥技术就属一例 4)真空一过热蒸汽干燥是一项颇具发展潜力的干燥技术 可叫显提高十燥速度 且改善干燥质量 2推广常规干燥的节能和排气热能回收技术 目前在世界各国的干燥设备中 常规干燥仍占主导地位 在我囤木材的常规蒸汽干燥占80 以上。常规干燥能耗高的

14、主要原因之一是排气热能损失大 如能有效回收排气热能 则可显著减少能耗和烟尘对大气的污染。同收排气热能的方法很多 比较成熟的有 用除湿机和热管换热器回收。除湿干燥与常规蒸汽干燥联合 与蒸汽干燥相比 其节能率在40 以上。用热管换热器回收排气热能 其热能回收率略低于除湿机 但由于投有运动部件 本身不消耗能量 且易于操作管理 因此 有较好的推广应用前景2。本页完 第 7 页 共 53 页 1.1.5被控对象的介绍 在工业生产上 被干燥物料的性质、对产品的要求以及生产能力的大小各不相同 操作上间歇或连续两种方式 加热方法有对流、传导或辐射等方式 为了适应这些千差万别的特点 干燥的形式、种类必然是多种多

15、样的。 生产中的几种常见的干燥设备 有以下几种 下面作简要说明。 1.盘架式干燥器 典型的间歇式常压干燥设备。 2.转筒干燥器 直接加热热空气逆流操作的干燥器。 3.气流干燥器 使物料悬浮在热气流中被热气流带走 一边干燥 一边向上输送 从干燥管顶部经旋风分离器把干燥好的物料回收 废气经除尘器后放空。 4.喷雾干燥器 它是一种处理液体物料的干燥器 它可使乳浊液、悬浮液、糊状液的有机物料、无机物料、生化制品等转化为粒度均匀的产品。它干燥速率快、效率高、产品质量好 适用于石油、化工、建筑、冶金、食品、医药、陶瓷、生化等行业。 5.滚筒干燥器 一种间接加热连续的干燥器 其热量的传递是通过器壁以传导方式

16、进行的。 6.沸腾床干燥器 它也叫流化床干燥器 它利用物料在硫化状态下 与热气进行传热玉传质而达到干燥目的的。 7冷冻干燥 在低温、低压条件下 利用水的升华性能而进行的一种干燥方法。 1.1.6单片机的发展及温度控制系统 单片机作为微型计算机的一个重要分支 应用面很广 发展很快。自单片机诞生至今 已发展为上百种系列的近千个机种。目前 单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。单片机诞生于20世纪70年代末 经历了SCM、MCU、SOC三大阶段3。 1 SCM即单片微型计算机 Single Chip Mi

17、crocomputer 阶段 主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功 奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上 Intel公司功不可没。本页完 第 8 页 共 53 页 2 MCU即微控制器 Micro Controller Unit 阶段 主要的技术发展方向是 不断扩展满足嵌入式应用时 对象系统要求的各种外围电路与接口电路 突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关 因此 发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看 Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面 最著名的厂

18、家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势 将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此 当我们回顾嵌入式系统发展道路时 不要忘记Intel和Philips的历史功绩。 3 单片机是嵌入式系统的独立发展之路 向MCU阶段发展的重要因素 就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决 因此 专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展 基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此 对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。 随着半导体集成工艺的不断发展 单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列

19、强。在单片机家族中 80C51系列是其中的佼佼者 加之Intel公司将其MCS 51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制造厂商 如Philips、 NEC、Atmel、AMD、华邦等 这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C51的许多特性。这样 80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族 现统称为80C51系列。80C51单片机已成为单片机发展的主流。专家认为 虽然世界上的MCU品种繁多 功能各异 开发装置也互不兼容 但是客观发展表明 80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。 基于单片机的温度控制主要运用单片机技术

20、 微机接口技术 传感器与信号处理技术来实现。用传感器感知温度 并转换成电压的输出 单片机的外围电路芯片把模拟信号转换成数字信号 输入到单片机中。包括系统的硬件设计和软件设计。 硬件方面有8155接口电路 A/D转换电路 温度传感器进行设计 然后把它们整合成为一个整体 完成对温度进行控制的硬件部分。在软件设计方面 对主程序 中断服务程序 采样子程序 数字滤波程序进行编写4。 用单线数字温度传感器采集温度数据,打破了传统的热电阻、热电偶再通过A/D 转换采集温度的思路。用单片机对数字进行处理和控制,通过RS - 232串口传到 第 9 页 共 53 页 PC机对温度进行监视与报警,设置温度的上限和

21、下限。其优势是结构简单 编程不需要用专用的编程器,只需点击电脑鼠标就可以把编好的程序写到单片机中,很方便且调试、修改和升级很容易。 本页完 第 10 页 共 53 页 2 系统的总体方案设计 2.1系统的总体设计 温度自动控制系统以单片机为核心 主要采用AT89C51单片机为中央处理器 结合高精度数字温度传感器及其控制电路 实现高精度、高可靠性。数据传输的速度及准确性是控制系统的关键 采用传感器传输温度测量信号 通过单片机控制乳化物干燥设备的工作过程 实现控制系统的智能化 达到更好的干燥效果。系统的设计原理图如图2.1 图2-1 单片机 该部分的功能不仅包括向温度传感器写入各种控制命令、读取温度数据、数据处理 同时还要对执行单元进行控制。单片机是整个系统的控制核心及数据处理核心6。 温度信号采集与传感器 本部分的主要作用是用传感器检测模拟环境中的温度信号 温度传感器上电流将随环境温度值线性变化。再把电流信号转换成电压信号 使用A/D转换器将模拟电压信号转换成单片机能够进行数据处理的数字电压信号 本设计采用的是数字温度传感器 以上过程都在温度传感器内部完成。 串口通信 为了提高系统的可用性和实用性。主要包括按键输入、输出显示。通过按键输入完成系统参数设置