裝配圖供水管道恒壓智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),裝配,供水,管道,智能,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 信息與電子工程 系畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)開題報告 信息與電子工程 系工業(yè)電氣自動化 專業(yè)04級 1 班 課題名稱：單片機(jī)控制的智能型名茶炒制機(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時間： 　2007　年3 月2 日～6 月13 日(共　17　周) 學(xué)生姓名： 鄭雪君 學(xué)號：3040221122 指導(dǎo)教師： 黃云龍，朱秋琴，廖東進(jìn) 報告日期： 2007.03.13 1．本課題所涉及的問題在國內(nèi)(外)的研究現(xiàn)狀綜述 一．我國茶葉機(jī)械的現(xiàn)狀及存在的問題 1.1現(xiàn)狀 我國是茶葉的故鄉(xiāng)，具有悠久的茶葉種植、加工歷史，形成了各具特色的六大茶類加工藝。茶葉性味甘，苦，微寒，是我國傳統(tǒng)的天然保健飲料。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)茶葉中所含的化學(xué)成分達(dá)500多種，其中主要成分有咖啡堿、茶多酚、蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類、維生素、脂質(zhì)、有機(jī)酸等有機(jī)化合物，還含有鉀、鈉、鎂、銅等28種無機(jī)營養(yǎng)元素，各種化學(xué)成分之間的組合比例十分協(xié)調(diào)。茶葉加工機(jī)械經(jīng)過長期的探索、發(fā)展，機(jī)械化程度大大提高，紅(碎)茶加工已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化;炒青綠茶加工機(jī)械較完整、配套;珠茶加工，由于60年代珠茶炒干機(jī)的出現(xiàn)，極大地降低了勞動強(qiáng)度和提高了生產(chǎn)能力，茶機(jī)有力地促進(jìn)了茶葉生產(chǎn)的迅速發(fā)展。近年來，我國茶葉產(chǎn)品有了較大變化，特別是茶葉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的大幅調(diào)整，已從以大宗茶生產(chǎn)為主轉(zhuǎn)向以名優(yōu)茶的生產(chǎn)為主，名優(yōu)茶產(chǎn)品成為主導(dǎo)產(chǎn)品，帶動了名優(yōu)茶機(jī)械的大發(fā)展，先后出現(xiàn)了名優(yōu)茶整形機(jī)、理?xiàng)l機(jī)、扁形茶多功能機(jī)等一系列適合各種名優(yōu)茶外形的名茶加工機(jī)械。但制茶機(jī)械的自動化和連續(xù)化程度仍然較低。近年來在制茶機(jī)械自動控制方面也有所突破，如以繼電器為基礎(chǔ)控制元件的自動控制技術(shù)在勻堆拼配設(shè)備中應(yīng)用;機(jī)電控制系統(tǒng)在揉捻機(jī)上的應(yīng)用;1987年通過部級鑒定的“計(jì)算機(jī)控制茶葉烘干機(jī)”及在烏龍茶做青工藝中的應(yīng)用;電腦控制型龍井茶炒制機(jī)的研制成功等，這些研究成果對我國茶葉機(jī)械的自動化和連續(xù)化必將起到推動作用 1.2存在問題 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國制茶基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，自動控制也在某些機(jī)型上得到應(yīng)用。主要反映在茶葉機(jī)械技術(shù)含量不高，雖然從茶機(jī)發(fā)展之初起，我國茶業(yè)界與茶機(jī)界人士一直在思考、探索茶葉加工自動化、連續(xù)化，經(jīng)過多年的發(fā)展一些機(jī)型也基本實(shí)現(xiàn)自動化，但僅局限單機(jī)作業(yè)，離機(jī)電一體化程度差距較大。近幾年各種名茶加工機(jī)械如雨后春筍不斷出現(xiàn)，這從歷年浙江省茶機(jī)公司舉辦的茶葉機(jī)械展銷會就能得到印證。 二．單片機(jī)技術(shù)在炒茶控制中的現(xiàn)狀 單片微型計(jì)算機(jī)簡稱為單片機(jī)，是在一塊芯片上集成了一臺微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲器、輸入/輸出部件和時鐘電路等。自問世以來，性能不斷提高和完善，加之具有集成度高，功能強(qiáng)，體積小，供耗低，性能可靠，價格低廉等特點(diǎn)，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級計(jì)算機(jī)、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)字單片機(jī)的位數(shù)越來越多，精度也越來越高。另外，在需要極高響應(yīng)速度的控制場合，還出現(xiàn)了模糊單片機(jī)，它是專門執(zhí)行模糊邏輯信號的器件，具有極高的模糊推理速度。 今天，還出現(xiàn)了不少高級語言的開發(fā)工具，這些系統(tǒng)經(jīng)過仿真可在更高的開發(fā)平臺上進(jìn)行快速的開發(fā)，為單片機(jī)的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。所以，在未來的社會主義工業(yè)化建設(shè)中，單片機(jī)無疑會發(fā)揮更大的作用。 三．單片機(jī)與制茶機(jī)相結(jié)合成的制茶機(jī)的優(yōu)勢和前景 優(yōu)勢 1、現(xiàn)在的茶機(jī)很難找到技術(shù)含量高、特別是可以實(shí)現(xiàn)自動化加工、連續(xù)化生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品而單片機(jī)正好可以彌補(bǔ)現(xiàn)在制茶機(jī)的缺點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動化、連續(xù)化生產(chǎn)。 2、單片機(jī)具有集成度高，功能強(qiáng)，體積小，供耗低，性能可靠，價格低廉等特點(diǎn)在普通制茶機(jī)增加少量成本就可以實(shí)現(xiàn)自動化、連續(xù)化功能的大幅度提升。 前景 1、可以成套批量生產(chǎn)新型的制茶機(jī)。 2、可以對舊的制茶機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，加裝單片機(jī)控制系統(tǒng)使其在資金低投入的情況下使它的性能大幅度提高。 2．設(shè)計(jì)(論文)要解決的問題和擬采用的研究方法 本設(shè)計(jì)（論文）要解決的問題有以下幾個方面： （1）系統(tǒng)整體方案的確立 （2）系統(tǒng)軟件與硬件的設(shè)計(jì) （3）元件的選取 系統(tǒng)的方案包括自動控制方案，溫度控制方案。本題采用熱電偶測溫經(jīng)放大電路放大后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換再由單片機(jī)控制的智能炒茶。 溫度傳感器 單片機(jī) 放大器及放大電路 A/D轉(zhuǎn)換器及電路 單片機(jī)控制溫度傳感器的框圖 熱電偶是根據(jù)熱電效應(yīng)的原理制成的，其特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、測量范圍廣、準(zhǔn)確度高;缺點(diǎn)是要有溫度補(bǔ)償，長期使用要定期檢查和更換。 熱電偶的工作原理： 兩鐘不同成分的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成電路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時，在回路中就產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象叫熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電動勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度補(bǔ)償測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端，另一端叫做冷端：冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。熱電偶實(shí)際是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)化為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢力，應(yīng)注意如下幾個問題： （1）熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù)； （2）熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成分和兩端的溫差有關(guān)。 （3）當(dāng)熱電偶的兩個熱電偶絲材料成分確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)。 熱電偶測溫原理圖 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償方法 用熱電偶測量溫度時，熱電偶的工作端（熱端）被放置在待測溫場中，而自由端（冷端）通常被放在0℃的環(huán)境中。若冷端溫度不是0℃，則會產(chǎn)生測量誤差，此時要進(jìn)行冷端補(bǔ)償。冷端補(bǔ)償方法較多，在本次的設(shè)計(jì)中我們采用的冷端溫度補(bǔ)償為電橋式冷端補(bǔ)償。 對與冷端溫度補(bǔ)償器，在工業(yè)上采用如圖所示補(bǔ)償電橋的冷端補(bǔ)償電路。 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償電橋 集成運(yùn)算放大器組成 測量放大器的特點(diǎn)：除了對低電平信號進(jìn)行線性放大外，還擔(dān)負(fù)著阻抗匹配和抗共模干擾的任務(wù)，他具有高共模抑制比、高速度、高精度、寬頻帶、高穩(wěn)定性、高輸入阻抗、低輸出阻抗、低噪聲等特點(diǎn)。 測量放大器的組成 測量放大器的基本電路如圖所示。 測量放大器原理圖 零點(diǎn)漂移可描述為：輸入電壓為零，輸出電壓偏離零值的變化。 零點(diǎn)漂移是怎樣形成的：運(yùn)算放大器均是采用直接耦合的方式，我們知道直接耦合式放大電路的各級的Q點(diǎn)是相互影響的，由于各級的放大作用，第一級的微弱變化，會使輸出級產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸入短路時（由于一些原因使輸入級的Q點(diǎn)發(fā)生微弱變化現(xiàn)象：溫度），輸出將隨時間緩慢變化，這樣就形成了零點(diǎn)漂移。 產(chǎn)生零漂的原因是：晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響。解決零漂最有效的措施是：采用差動電路 A/D轉(zhuǎn)換器及其電路 濾波 采樣保持 編碼 A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程框圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是連接模擬和數(shù)字世界的一個重要接口。A/D轉(zhuǎn)換器將現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號變換成數(shù)字位流以進(jìn)行處理、傳輸及其他操作?！/D轉(zhuǎn)換器的選擇是至關(guān)重要的。所選擇的A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)能確保模擬信號在數(shù)字位流中被準(zhǔn)確地表示，并提供一個具有任何必需的數(shù)字信號處理功能的平滑接口，這一點(diǎn)很重要。目前的高速A/D轉(zhuǎn)換器已被應(yīng)用于各種儀表、成像以及通信領(lǐng)域中。對用戶而言，所有這些應(yīng)用都有著相似的要求，即以較低的價格實(shí)現(xiàn)更高的性能。 速度與分辨率的關(guān)系 分辨率是指轉(zhuǎn)換器能夠復(fù)制的位數(shù)精度：分辨率越高，則結(jié)果越精確。分辨率以位來計(jì)量。目前市場上的高速A/D的分辨率為8～16位，速度為2～4Gsps。速度和分辨率始終是一對矛盾。分辨率的增加通常會導(dǎo)致可實(shí)現(xiàn)速度的降低。 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及連接 5G14433是我國制造的31/2位模/數(shù)變換器，是目前市場上廣泛流行的最典型的雙積分模/數(shù)變換器。該芯片具有抗干擾性能好、轉(zhuǎn)換精度高、自動校零、自動極性輸出、自動量程控制信號輸出、外接元件少、價格便宜等特點(diǎn)。因此廣泛應(yīng)用在低速微控制器應(yīng)用系統(tǒng)，智能儀表和數(shù)字三用表等領(lǐng)域。5G14433與國外型號MC14433兼容。5G14433的結(jié)構(gòu)和引腳如圖所示為引腳圖，下表為引腳功能表。 引腳圖 系統(tǒng)的硬件采用單片機(jī)控制，硬件組成主要包括A/D、D/A轉(zhuǎn)換器及其電路，放大器及放大電路，電源電路，熱電偶溫度傳感器，控制電路，反饋檢測電路，電壓電流變換電路，電機(jī)，輸入設(shè)定與輸出顯示設(shè)備等。 元件的選取以系統(tǒng)各方面參數(shù)要求為準(zhǔn)。 3．本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路 重點(diǎn)研究與關(guān)鍵問題： （1）單片機(jī)對溫度的控制與檢測； （2）傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換； 解決思路： 1.1單片機(jī)溫度控制的原理具體如下： 熱電偶將爐溫變換為模擬電壓信號, 經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號后送放大器, 信號放大為0～5 V 后送模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送單片機(jī)。同時, 熱電偶的冷端溫度也由IC 溫度傳感器變?yōu)殡妷盒盘? 經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換后送單板機(jī)。標(biāo)度變換程度根據(jù)溫檢測值求得實(shí)際爐溫 θ。數(shù)字調(diào)節(jié)器程序根據(jù)恒溫給定值θ0 與θ的偏差Δθ, 按積分分離的PID 控制算法得到輸出控制量ui 。數(shù)字觸發(fā)器程序根據(jù)uc 控制電阻爐子的導(dǎo)通時間, 調(diào)節(jié)爐溫的變化使之與給定恒溫值一致。導(dǎo)通時間長, 輸出功率大, 溫度升高快; 導(dǎo)通時間短, 輸出功率小, 溫度升高變慢。顯示與恒溫判斷程序完成爐溫θ與恒溫時間顯示、恒溫開始與恒溫完成判別、恒溫完成時給出聲光指示信號。斷偶判斷程序根據(jù)溫度檢測值判斷溫度傳感是否開路, 若開路, 則給出斷偶報警信號。 1.2單片機(jī)溫度檢測的原理具體如下： 熱電偶傳感器檢測到一個在0℃-1000℃范圍的溫度值，因?yàn)闊犭娕嫉妮敵鲭妷盒盘枮?mV-41.32mV。熱電偶把測量到溫度值轉(zhuǎn)化成自己的輸出電壓信號輸給毫伏變送器，毫伏變送器把熱電偶輸出的信號轉(zhuǎn)化為4mA-20mA的電流信號送給電流/電壓變送器。電流信號經(jīng)過電流/電壓變送器的轉(zhuǎn)化變成0-5V的電壓信號。測得的電流信號經(jīng)過反饋電路反饋來使系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)電阻爐的溫度。為了提高測量精度，變送器可以進(jìn)行零點(diǎn)遷移。例如：若溫度測量范圍為0℃-400℃，熱電偶給出0~16.4mV時，毫伏變送器零點(diǎn)遷移后輸出4mA-20mA范圍電流。 這樣，采用8位A/D轉(zhuǎn)換器就可使量化溫度達(dá)到1.96℃以內(nèi)。 溫度傳感器 單片機(jī) 放大器及放大電路 A/D轉(zhuǎn)換器及電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是連接模擬和數(shù)字世界的一個重要接口。A/D轉(zhuǎn)換器將現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號變換成數(shù)字位流以進(jìn)行處理、傳輸及其他操作?！/D轉(zhuǎn)換器的選擇是至關(guān)重要的。所選擇的A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)能確保模擬信號在數(shù)字位流中被準(zhǔn)確地表示，并提供一個具有任何必需的數(shù)字信號處理功能的平滑接口，這一點(diǎn)很重要。目前的高速A/D轉(zhuǎn)換器已被應(yīng)用于各種儀表、成像以及通信領(lǐng)域中。對用戶而言，所有這些應(yīng)用都有著相似的要求，即以較低的價格實(shí)現(xiàn)更高的性能。 濾波 采樣保持 編碼 A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程 DAC7521數(shù)模轉(zhuǎn)換接口 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的主要任務(wù)是:單片機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成可控硅過零觸發(fā)電路所需的模擬控制量。 D/A轉(zhuǎn)換器的接口邏輯如圖所示。 數(shù)模轉(zhuǎn)換接口電路 DAC7521從8031的8位數(shù)據(jù)線上獲取12位的數(shù)據(jù)必須分兩次進(jìn)行。為了防止D/A轉(zhuǎn)換書輸出會有“毛刺”現(xiàn)象，這里采用了兩級緩沖器結(jié)構(gòu)。 即8031先把低8位送入第一級緩沖器，然后再送高4位數(shù)據(jù)時，同時選通第二級的兩片74LS373構(gòu)成的第一級緩沖器，使12位數(shù)據(jù)同時出現(xiàn)在DAC7521的數(shù)據(jù)輸出線上，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。D/A輸出的電流經(jīng)OP07反相后變?yōu)?—10 V的電壓信號。 4．完成本課題所必須的工作條件(如工具書、實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)環(huán)境條件、某類市場調(diào)研、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)條件等等)及解決的辦法 ①．《C語言程序設(shè)計(jì)》 胡建平 主編 天津大學(xué)出版社 ②．《單片機(jī)原理與應(yīng)用》 陳建鐸 主編 科學(xué)出版社 ③．《51單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講》 戴佳 戴衛(wèi)恒 編著 電子工業(yè)出版社 ④、《MCS-51單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)》 第1版 1992 李明華著 北京航空航天大學(xué)出版社 ⑤、《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》 第二版 胡漢才著 北京:清華大學(xué)出版社 ⑥、《MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用》 蔡美琴等著 高等教育出版社 5．設(shè)計(jì)(論文)完成進(jìn)度計(jì)劃 第01周至第02周：查閱中文及英文資料（并翻譯一篇外文資料），收集單片機(jī)和溫度傳感器方面資料； 第03周至第03周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報告，并開始進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)； 第04周至第05周：完成方案論證與比較設(shè)計(jì)； 第06周至第07周：； 第08周至第09周：； 第10周至第12周：； 第13周至第15周：整理相關(guān)資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）手稿及最終電腦打印的畢業(yè)論文； 第16周至第16周：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）小組答辯； 第17周至第17周：答辯。 6．指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師(簽字)：　　　　　　 年 月 日 7．教研室主任意見 教研室主任(簽字)：　　　　　 系(簽章) 年 月 日 說明： 1. 本報告必須由承擔(dān)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書”、正式開始做畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的第2周或第3周末之前獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 2.每個畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題撰寫本報告一份，作為指導(dǎo)教師、教研室主任審查學(xué)生能否承擔(dān)該畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)的依據(jù)，并接受學(xué)校的抽查。