拉丝机温度监控系统的研制

论文摘要

注塑设备多点温度控制是拉丝机系统的重要组成部分,其控制性能的好坏、多点温度的准确调节、反应速度的快慢等直接影响拉丝机输出产品的质量。本文设计了一种基于单片机的温度监控系统,用于对拉丝机注塑设备中的温度进行监控。该温度监控系统的下位机由8051F与AVR两种类型的单片机构成,包括温度传感器组、功率加热系统等部分,远程操作系统由计算机通过CAN总线来实现。为了实现高精度温度测量,本系统采用了8051F350内部集成的24位高速率A/D转换器;每路超过20KW的大功率可控硅控制部分采用高速低功耗、抗干扰性强的Atmega48作为控制芯片,发出控制脉冲改变可控硅的导通,从而控制加热模块的输出功率以实现恒温控制;因加热系统是一个具有滞后、热惯性的多变量非线性时变系统,因此在控制过程中使用了PID (比例、积分、微分)算法对温度偏差(即温度给定值和温度过程变量值的差)进行运算以得出控制数据。同时,在软、硬件设计中采用的抗干扰措施提高了系统的可靠性。系统的软件设计包括计算机软件和单片机软件。计算机软件以Lab Windows/CVI6.0为开发平台,实现了单片机和计算机之间的可靠通信,并且完成了对数据的处理及实时显示,同时具有数据存储、曲线显示、打印输出等功能。单片机软件主要实现A/D转换、PID控制算法及输出控制脉冲等功能,编程中将温度采集、PID计算过程与计算结果的处理有机结合,实现了多路温控点的恒温控制。该系统已按期交付给用户,经过这段时间的实际使用,该系统软、硬件运行良好,各项技术指标均达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的背景及意义
• 1.2 温度监控系统的发展历史、现状及趋势
• 1.3 本课题的主要工作和技术路线
• 2 系统总体设计
• 2.1 系统的功能要求
• 2.2 系统环境工作条件
• 2.3 温度监控系统的主要技术参数
• 2.4 系统总体方案设计
• 2.5 温度监控系统的主要特点
• 2.6 本章小结
• 3 系统硬件电路的设计
• 3.1 概述
• 3.1.1 电路设计原则
• 3.1.2 温度传感器的选择及性能指标
• 3.2 温度测量电路的设计
• 3.2.1 主控芯片的介绍
• 3.2.2 温度测量调理电路
• 3.3 温度控制电路的设计
• 3.3.1 控制芯片的介绍
• 3.3.2 功率控制电路设计
• 3.4 系统通信接口电路
• 3.4.1 系统与计算机通信接口电路的设计
• 3.4.2 单片机之间通信接口电路的设计
• 3.5 系统电源模块设计
• 3.6 本章小结
• 4 系统软件的设计
• 4.1 上位机虚拟仪器的设计
• 4.1.1 Lab Windows/CVI 简介
• 4.1.2 多线程技术的介绍及应用
• 4.1.3 串口通信模块的设计
• 4.1.4 数据标定程序设计
• 4.1.5 数据储存设计
• 4.1.6 数据曲线绘制设计
• 4.2 下位机软件设计
• 4.3 温度控制算法
• 4.3.1 PID 控制的发展、原理和特点
• 4.3.2 PID 算法
• 4.3.3 PID 控制器的参数整定
• 4.4 本章小结
• 5 系统的抗干扰设计
• 5.1 干扰的定义及危害性
• 5.2 干扰的来源和种类
• 5.3 本系统中硬件抗干扰措施
• 5.4 软件抗干扰措施
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录