毕业设计26浙江理工大学远程温度监控系统设计.docx
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毕业设计26浙江理工大学远程温度监控系统设计
摘要
本论文对远程温度数据的采集与控制温度进行了详细的阐述。
主要讲述了一个在计算机远程控制下,利用单片机对远程温度进行采集显示并控制温度的增长。
同时通过PC机对PWM波输出进行PID调整。
并给出其软硬件设计及调试。
在论文完成过程中,主要进行了以下工作:
1.对系统要求进行分析,并设计系统的整体结构
2.把整体细分化,对每个模块进行详细设计
3.绘制原理图和PCB图,并制成实验板
4.按照硬件电路,编写软件程序
5.调试阶段,调试各软、硬件模块,编写测试程序,验证系统的可用性,最后制成系统样机。
本论文主要对远程温度采集与控制系统进行了较详细的阐述。
软件的三大模块:
采集模块、PID控制、上下位机通讯,并对主要芯片的使用做了说明。
对硬件电路的数据采集、数据设定及显示部分作较详细的阐述。
介绍了整体硬件的实现方案。
另外,在本文中,还介绍了在绘制原理图和PCB图时所用的工具及需要注意的问题。
例如,电源线、地线等问题,及检查PCB图时所用的高亮度显示的方法。
关键词:
温度采集PID控制上下位机通信
Abstract:
Thisstudywilldiscusshowtogatherthreetemperaturedata.Thissystemusethetemperaturesensorof7109.itcouldgatherandkeeptemperaturedata.TheComputersetstemperaturebycommunicatingwithSCM.aftergatheringthetemperaturedate,itcandisplaythedataontheComputer.Inthecompletionofthethesis,Imainlycarrythroughhereinafterjob:
1.Analyzetherequirementofthesystem,anddesignthewholestructureofthesystem.
2.Subdividethewhole,anddesigneachmoduleinparticular
3.ProtractschematicplotandPCBplot,andcrankoutexperimentboard
4.Writesoftwareprocedureaccordingtohardwarecircuit
5.Indebuggingmoment,debugeachsoftwareandhardwaremodule,writetestingprocedure,validatetheusabilityofthesystem,andfinallycrankoutthesystemsample
Thisthesiswilldiscussthepartoflong-distancetemperature‘sgatheringandcontron.Thesoftwareissetbythreepart:
1.thepartoftemperaturegatering2.thepidcontronmunicationbetweencomputerandscm
Inaddition,inthetext,italsointroducesthetoolsusedinprotractingschematicplotandPCBplotandtheproblemsrequiredattendant.Suchas,powersupplywire、groundwireandsoon,andthewayofhighlightdisplayinexaminingthePCBplot.
IhopeeverybodycanpresentcriticismsandpointoutmistakessothatIcancorrectinthethesis,hereon,thankespeciallythetutorwhohelpmeaccomplishmygraduatedesign.
Keywords:
temperaturegatherPIDcontroncommunicationbetweencompuerandscm
目录
中英文摘要……………………………………………………………………
(1)
第一章概述……………………………………………………………………(3)
1.1本课题研究背景及意义………………………………………………...(4)
1.2本课题的可行性分析………………………………………………….(4)
1.3设计要求………………………………………………….(5)
1.4预期研究成果…………………………………………………..(5)
第二章系统简介……………………………………………………………...…(6)
2.1系统总体方案设计………………………………………………….(6)
2.2硬件各模块的设计……………………………………………….…(6)
第三章软件开发与调试…………………………………………………...(9)
3.1软件设计………………………………………………….(9)
3.2测量模块程序及框图………………………………………………….(9)
3.2.1数据采集子程序………………………………………………………..(11)
3.2.2温度参数计算子程序………………………………………………..(12)
3.2.3PWM波生……………………………………………………….(15)
3.2.4下位机通信子程序……………………………………………………..(16)
3.2.5状态子程序………………………………………………...(18)
3.3上位机程序设计………………………………………………………(20)
第四章调试中出现的问题……………………………………………………….(26)
结束语…………………………………………………..…(27)
注释、参考文献……………………………………………………..(28)
附录……………………………………………………..(29)
第一章概述
1.1本课题研究背景及意义
现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中,例如钢铁的水溶温度,不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现,这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。
在现代社会中,温度控制不仅应用在工厂生产方面,其作用也体现到了各个方面,随着人们生活质量的提高,酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子,温度控制将更好的服务于社会。
在电子产品广泛应用的时代。
传统的温度控制系统目前发展到了电子智能温度控制系统。
它在一定程度上提高了温度控制的精度,减低了现场工作人员的工作强度,提高了工作效率。
此外电子智能温度控制系统还可以与微机组成通讯系统。
极大的方便的现场工作人员对系统的管理。
本文详细地介绍远程温度控制的整个过程。
1.2本课题的可行性分析
温度是工业生产中常见的工艺参数之一,任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关,因此温度控制是生产自动化的重要任务。
对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制,所采用的加热方式,燃料,控制方案也有所不同。
例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等;燃料有煤气、天然气、油、电等;控制方案有PID控制,直接数字控制(DDC),推断控制,预测控制,模糊控制(Fuzzy),专家控制(ExpertControl),鲁棒控制(RobustControl),推理控制等。
本文介绍了一种PID水温控制系统。
该系统利用单片机可以方使地实现对PID参数的选择与设定;也可以通过计算机与单片机的串行通讯,实现工业过程中的交互式PID控制。
它是用温度传感器将检测到的实际炉温A/D转换,送入计算机中,与设定值进行比较,得出偏差。
对此偏差按PID算法进行修正,求得对应的控制量控制可控硅驱动器,调节电炉的加热功率,从而实现对炉温的控制。
因此采集的炉温数据精度至关重要。
利用AT89C51单片机实现温度智能控制,能自动完成数据采集、处理、缓冲、转换、并进行PID实施控制和键盘终端处理及显示,因个人设计的重点不同,我将在软件上有详细的论述,由于实验条件和器材的限制,本系统只能实现对单点温度控制。
1.3设计要求
以计算机为控制器,以单片机为采集器,完成对远程的温度量的检测,并对该信号有控制的作用。
技术指标:
1)实现对远程温度量的采集,远程距离在50米;
2)采集温度量的精度在0.2℃;
3)实现对温度量的控制;
4)温度量的控制精度在0.5℃
5)编制软件调试完成上述功能
1.4预期研究成果
以单片机为控制器,完成对远程的温度量的检测,并对该信号有控制的作用。
技术指标:
1)实现对远程温度量的采集,远程距离在50米;
2)采集温度量的精度在0.2℃;
3)实现对温度量的控制;
4)温度量的控制精度在0.5℃
5)编制软件调试完成上述功能
第二章系统简介
2.1系统总体方案设计
该系统主要由五大部分组成:
测温电路、A/D转换电路,测量模块(单片机),PWM输出控制电路和以PC机为核心的上位机.其中测量模块是以AT89C51单片机为核心进行设计的,这里充分利用了单片机的数据处理及实时检测能力,并结合可编程控制器的逻辑控制能力,对炉温信号进行实时检测.电炉温度信号是由灵敏度高、测量准确、性能可靠的热敏型测温电缆提供的,通过测量模块处理后的信号,由上位机选通后经信号转换器传输给上位机.上位机采用VB语言进行编程,将其所接收的信号转换成直观的立体图形、曲线、表格,清晰明了地显示出电炉水温状况,操作人员可以调整PID参数来控制水温加热状况,使操作人员的工作方式得到改进,提高了水温控制的管理水平。
此系统可以扩展到多路温度控制,通过上位机可以多路控制,并急时的调整各个设备的温度控制情况。
对出现的异常情况会发出警告,让操作人员可以及早的发现在问题解决问题。
此系统还可以根据实际需要对此系统进行适当的扩展,如加入测烟度、测湿度等其他功能,以更好地客户的需要.
2.2硬件各模块的设计
系统的硬件电路包括主机(8051)、温度检测、温度控制、人机对话(键盘/显示/报警)4个主要部分。
图2.1为系统的结构图。
图2.1系统的结构模块图
下面对各部分电路分述如下:
1)主机
课题通过单片机来实现对温度的采集与控制,由于单片机是按工业测控环境要求设计的,抗干扰能力强,环境要求不高,可适应的温度范围宽,灵活性好,体积轻,可以降低系统的成本获得较好的性能。
89C51是一个低功耗、高性能的含有4K字节快擦写可编程/擦除只读存储器的8位CMOS单片机,时钟频率可达20MHZ,与8031的指令和引脚完全兼容。
芯片上的EEPROM允许在线(+5V)电擦除、电写入或采用通用的非易
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