综合课程设计釜式温度自动控制系统课程设计.doc
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1、 课 程 设 计 题 目: 釜式反应器温度自动 控制系统 系 (部) : 电气工程及其自动化 班 级: 2009级05班 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 完 成 时 间: 2011.10.15 釜式温度自动控制系统课程设计摘要:这次综合设计,主要是设计一个温度自动控制系统,用8位单片机控制,DS18B20数字温度传感器采集数据,并用LCD液晶显示器模块显示。它属于一个恒温系统。通过单片机处理,并发出指令,使用继电器控制、隔离。DS18B20数字温度传感器是一个12位的数字温度传感器,直接输出二进制数字信号。在本次设计中设值为9位,灵敏度为0.5度。 前 言本次设计分为显示、数据处理、数据
2、采集和执行机构四个部分。显示器采用图形液晶显示器QH2001,它是一个象素为12864的点阵,数据处理用MCS-51系列单片机AT89S52进行集中控制,同时它还可以扩展为与上位机通信,并通过上位机设定为恒定值。数据采集部分采用集成数字温度传感器直接转换为二进制代码,并通过1-WIRE总线传送数据和发送控制指令,控制数字温度传感器的读写操作。数字温度传感器和单片机接口只需要一个I/O口,但是在单片机中需要按照数字温度传感器的时序进行软件编程模拟。在执行部分采用继电器,并通过它进行电气隔离,继电器再接通加热器和冷却设备进行温度调节。继电器用NPN三极管SKT9014驱动。本次综合设计是为毕业设计
3、作准备。该系统有自动调节的功能,通过改变设定值可以使该设备处于不同的恒温状态,并使控制温度基本上等于设定温度,精度为0.5度。总体方案设计这次课程设计题目为温度自动控制系统,实现这种控制目的的方案有两个。方案(一)热电偶温度自动控制系统。方案(二)数字温度传感器温度控制系统。这两个方案都是采用单片机控制,液晶显示模块LCM显示。两个方案的比较部分为温度检测部分。方案(一)的系统框图如下图:LCM信号匹配放大热电偶及补偿电路A/D转换器单片机继电器控制部分该部分温度检测部分检测部分采用热电偶,它需要冷端补偿电路与其配套,并且热电偶输出电压只有几毫负,必须经过放大处理才能A/D转换和D/A转换器接
4、口,若采用8位A/D转换器,CADC0809则输人端需采用仪用放大器,把几毫伏的电压信号放大到5伏左右。由于热电偶属于非线性器件,因此每个温度值都必须通过分度表,查表才能获得,这给软件编程和数据处理增加了难度。这种系统具有测量温度范围可以从零下一百度到早上千摄氏度,而且有很多热电偶精度非常高这是这种测量系统的优点。但构成系统复杂,抗干扰能力不强。数字温度传感器DS18B20方案(二)的框图如下:LCM单片机继电器控制部分该方案才用数字温度传感器DS18B20,它的最高分辨率为12位,可识别0.0625摄氏度的温度。它具有直接输出数字信号和数据处理,并且它和单片机接口只需要一位I/O口,因此由它
5、构成的系统简单使用,由于DS18B20,按照工业设计要求设计,抗干扰性能强。但温度测量范围从-55摄氏度-125摄氏度,比较有限位综合比较方案(一)和方案(二),我们只在常温下使用,并且经济合理,因此选择了方案(二)。一、LCM显示部分(一)器件介绍:本次设计的显示部分采用图形点阵显示器模块QH2001,内带两片HD61202控制器,分别控制左右屏点阵数据。每片控制器带512字节的RAM。其中的每一位数据和屏幕上的一个象素对应。QH2001显示模块无内带字库,它是在纯图形的方式下工作的。所以我们利用字模软件生成了所需汉字代码,用以进行调用。其程序设计的基本过程是:首先对显示器模块初始化,写入相
6、应控制字和设置显示初始行,然后对显示器清屏。在进行汉字和测试数据显示时,首先确定显示所在行的行数和所调用代码表的标号。如果显示数据,还要确定动态显示的起始列数和字符数。设置完成后,调用选择表处理程序,动态显示处理程序以及显示程序,完成显示过程。(二)控制指令介绍12864采用两片HD61202分别控制左右半屏的显示,在编程时要注意分别控制,这里的左右屏选取由片选信号CS1、CS2完成。当CS1=1时选取左半屏为操作对象,CS2=1时选取右半屏为操作对象,某些情况下可以同时选择左右屏同时操作。另外还有读写(R/W)信号、数据指令(D/I)信号、E信号等。指令说明如下:操 作R/WD/IDB7DB
7、6DB5DB4DB3DB2DB1DB01、显示器开0000111111/02、起始行设置0011行地址:0633、页地址设置001011页地址:074、列地址设置0001列地址:0635、读状态10Busy0onoffRST00006、写显示数据01数据(8位)7、读显示数据11数据(8位)注:1、该指令控制显示的开关,不影响模块中RAM的数据和内部状态。DB0=1,开;DB0=0,关。2、RES=1表明系统正在初始化;RES=0表明初始化完成;On/off=1时不显示;On/off=0时显示;Busy=1时正在进行内部操作;Busy=0时准备好接收指令。3、将欲显示的数据写入显示存储器中。4
8、、从显示存储器中读出被显示的数据。注意:在读写操作之前,要先确定模块的内部状态,当RES=0时,才能进行地址设置和数据的读写操作。显示RAM的存取地址每进行一次写操作,列地址自动加1。显示器开关设置显示初始行设置数据指针设置(三) LCD的控制地址分配表 CS1 CS2 RW DI E (OTHERS E=0)LCD_CMD_L XBYTE0XFF001 0 0 0 1 /命令(写)左LCD_STD_L XBYTE0XFF011 0 1 0 1 /状态(读)左LCD_DATAW_L XBYTE0XFF021 0 0 1 1/数据(写)左LCD_DATAR_L XBYTE0XFF031 0 1
9、1 1 /数据(读)左LCD_CMD_R XBYTE0XFF040 1 0 0 1 /命令(写)右LCD_STD_R XBYTE0XFF050 1 1 0 1 /状态(读)右LCD_DATAW_R XBYTE0XFF060 1 0 1 1 /数据(写)右LCD_DATAR_R XBYTE0XFF070 1 1 1 1 /数据(读)右CMD_LCD_ON 0X3F/开显示器CMD_LCD_OFF 0X3E/关显示器CMD_LCD_START 0XC0/显示器开始显示CMD_LCD_X 0XB8/写显示数据(列地址)CMD_LCD_Y 0X40/写显示数据(页地址)(四) LCM接口电路该部分和单
10、片机接口电路如图(1)所示。图(1)起始行设置单片机通过对P1口和P2口相关引脚的操作间接控制LCM的初始化和显示。其初始化和数据传输都通过调用相关的子程序来实现。初始化子程序的框图如图(2)所示。开始显示显示器清屏初始化完成在初始化子程序中,操作非常简单,主要是对LCM的初始行设置在第1行显示,即向LCM发出初始化控制命令0C0H,然后开显示器,写入3FH,初始化过程就算完成。最后是对LCM内每一个RAM写入“0”,使整个屏幕白屏。白屏部分程序是通过一个循环程序来实现的。在向LCM输入显示数据的过程中,是通过一个1616的矩阵的子程序来实现的,该子程序可以显示1616的汉字和168的数字矩阵
11、。该部分子程序程序框图如下图(3)所示。起始页设置起始列设置第一页数据完否?第二页数据完否?返回 图3该子程序的具体逻辑是通过对页地址和列地址的设置决定显示的初始显示数据,再通过对一个循环次数单元39H的内容的确定决定显示是汉字还是数据。在该程序中有两个循环嵌套来确定换列地址和行地址。该显示的整个过程为:首先显示固定不动的汉字,其次是显示设定值,最后是动态循环显示测量数据,所有这些数据的显示都固定的位置。这一点可以通过附录主程序的框图很清楚地表达出来。显示屏幕显示内容的布置如下图(4)所示。温度自动控制系统设定值000.00测量值000.00加热状态图4数据处理部分(一) 功能介绍数据处理部分
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