裝配圖供水管道恒壓智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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)（翻譯） 外文資料(英文) .  外文翻譯(中文) - 2 - 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書 ?? 學(xué)生姓名_________指導(dǎo)教師_________職稱_________ 系別____________專業(yè) 年級(jí)_________班級(jí) 課題名稱___________________________________________ _______________________________________________ 任務(wù)與要求： 一、 設(shè)計(jì)（論文）要求： 二、 設(shè)計(jì)（論文）條件： 三、 設(shè)計(jì)（論文）資料： 四、 設(shè)計(jì)（論文）教學(xué)要求：（可以同一專業(yè)相同） 五、 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排：（可以同一專業(yè)相同） 六、 學(xué)生分組名單 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 注：本任務(wù)書一式2份，學(xué)生、系各一份 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(bào)告 信息與電子工程 系工業(yè)電氣自動(dòng)化 專業(yè)04級(jí) 1 班 課題名稱：?jiǎn)纹瑱C(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(shí)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(hào)：3040221122 指導(dǎo)教師： 黃云龍，朱秋琴，廖東進(jìn) 報(bào)告日期： 2007.03.13 1．本課題所涉及的問題在國(guó)內(nèi)(外)的研究現(xiàn)狀綜述 一．我國(guó)茶葉機(jī)械的現(xiàn)狀及存在的問題 1.1現(xiàn)狀 我國(guó)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(guó)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(yíng)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(zhǎng)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(dòng)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(guó)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(dòng)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(dòng)化和連續(xù)化程度仍然較低。近年來在制茶機(jī)械自動(dòng)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(dòng)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(jí)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(duì)我國(guó)茶葉機(jī)械的自動(dòng)化和連續(xù)化必將起到推動(dòng)作用 1.2存在問題 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國(guó)制茶基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，自動(dòng)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(guó)茶業(yè)界與茶機(jī)界人士一直在思考、探索茶葉加工自動(dòng)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(dòng)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(huì)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(jiǎn)稱為單片機(jī)，是在一塊芯片上集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出部件和時(shí)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(jià)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(jí)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(chǎng)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(hào)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(jí)語(yǔ)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(tái)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(huì)主義工業(yè)化建設(shè)中，單片機(jī)無疑會(huì)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(shì)和前景 優(yōu)勢(shì) 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(dòng)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(dòng)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(jià)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(dòng)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(duì)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(gè)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(dòng)控制方案，溫度控制方案。本題采用熱電偶測(cè)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(jiǎn)單、價(jià)格便宜、測(cè)量范圍廣、準(zhǔn)確度高;缺點(diǎn)是要有溫度補(bǔ)償，長(zhǎng)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(shí)，在回路中就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度補(bǔ)償測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)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(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。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(shì)測(cè)量溫度，對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)力，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題： （1）熱電偶的熱電勢(shì)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(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)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(gè)熱電偶絲材料成分確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)。 熱電偶測(cè)溫原理圖 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償方法 用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，熱電偶的工作端（熱端）被放置在待測(cè)溫場(chǎng)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(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，此時(shí)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(duì)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(cè)量放大器的特點(diǎn)：除了對(duì)低電平信號(hào)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(cè)量放大器的組成 測(cè)量放大器的基本電路如圖所示。 測(cè)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(jí)的Q點(diǎn)是相互影響的，由于各級(jí)的放大作用，第一級(jí)的微弱變化，會(huì)使輸出級(jí)產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸入短路時(shí)（由于一些原因使輸入級(jí)的Q點(diǎn)發(fā)生微弱變化現(xiàn)象：溫度），輸出將隨時(shí)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(dòng)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(gè)重要接口。A/D轉(zhuǎn)換器將現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號(hào)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(hào)在數(shù)字位流中被準(zhǔn)確地表示，并提供一個(gè)具有任何必需的數(shù)字信號(hào)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(duì)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(jià)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(chǎng)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(duì)矛盾。分辨率的增加通常會(huì)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(guó)制造的31/2位模/數(shù)變換器，是目前市場(chǎng)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(dòng)校零、自動(dòng)極性輸出、自動(dòng)量程控制信號(hào)輸出、外接元件少、價(jià)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(guó)外型號(hào)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(cè)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(duì)溫度的控制與檢測(cè)； （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(hào), 經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號(hào)后送放大器, 信號(hào)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(shí), 熱電偶的冷端溫度也由IC 溫度傳感器變?yōu)殡妷盒盘?hào), 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(cè)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(shí)間, 調(diào)節(jié)爐溫的變化使之與給定恒溫值一致。導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng), 輸出功率大, 溫度升高快; 導(dǎo)通時(shí)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(shí)間顯示、恒溫開始與恒溫完成判別、恒溫完成時(shí)給出聲光指示信號(hào)。斷偶判斷程序根據(jù)溫度檢測(cè)值判斷溫度傳感是否開路, 若開路, 則給出斷偶報(bào)警信號(hào)。 1.2單片機(jī)溫度檢測(cè)的原理具體如下： 熱電偶傳感器檢測(cè)到一個(gè)在0℃-1000℃范圍的溫度值，因?yàn)闊犭娕嫉妮敵鲭妷盒盘?hào)為0mV-41.32mV。熱電偶把測(cè)量到溫度值轉(zhuǎn)化成自己的輸出電壓信號(hào)輸給毫伏變送器，毫伏變送器把熱電偶輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為4mA-20mA的電流信號(hào)送給電流/電壓變送器。電流信號(hào)經(jīng)過電流/電壓變送器的轉(zhuǎn)化變成0-5V的電壓信號(hào)。測(cè)得的電流信號(hào)經(jīng)過反饋電路反饋來使系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)電阻爐的溫度。為了提高測(cè)量精度，變送器可以進(jìn)行零點(diǎn)遷移。例如：若溫度測(cè)量范圍為0℃-400℃，熱電偶給出0~16.4mV時(shí)，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(gè)重要接口。A/D轉(zhuǎn)換器將現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號(hào)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(hào)在數(shù)字位流中被準(zhǔn)確地表示，并提供一個(gè)具有任何必需的數(shù)字信號(hào)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(duì)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(jià)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(huì)有“毛刺”現(xiàn)象，這里采用了兩級(jí)緩沖器結(jié)構(gòu)。 即8031先把低8位送入第一級(jí)緩沖器，然后再送高4位數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)選通第二級(jí)的兩片74LS373構(gòu)成的第一級(jí)緩沖器，使12位數(shù)據(jù)同時(shí)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(hào)。 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(chǎng)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(yǔ)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(yǔ)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(bào)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(bào)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(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題撰寫本報(bào)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。 浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間： 2007 年3 月2 日～6月10日(共17周) 課題名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制的智能型自動(dòng)名茶炒制機(jī) 學(xué)生姓名：鄭雪君 系 （部）：信息與電子工程系 專業(yè)班級(jí)：04工自(1)班 指導(dǎo)教師：黃云龍、朱秋琴、廖東進(jìn) 職 稱：副教授、 助教、 助教 報(bào)告日期：2007.05.03 一．我國(guó)茶葉機(jī)械的現(xiàn)狀及存在的問題 二．單片機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱為單片機(jī)，是在一塊芯片上集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出部件和時(shí)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(jià)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(jí)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(chǎng)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(hào)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(jí)語(yǔ)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(tái)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(huì)主義工業(yè)化建設(shè)中，單片機(jī)無疑會(huì)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(shì)和前景 優(yōu)勢(shì) 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(dòng)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(dòng)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(jià)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(dòng)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(duì)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。 四．設(shè)計(jì)(論文)要解決的問題和擬采用的研究方法 本課題研究的主要工作 本課題的主要工作是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)制茶機(jī)自動(dòng)控制功能 近，便于用戶使用。主要包括以下幾個(gè)方面: (1) 單片機(jī)對(duì)加熱系統(tǒng)的溫度控制。 (2) 單片機(jī)對(duì)不同炒制階段電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的控制。 (3) 單片機(jī)對(duì)劃桿的控制形成不同的炒法及力度。 單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上 單片機(jī)的幾部份 一、總線：我們知道，一個(gè)電路總是由元器件通過電線連接而成的，在模擬電路中 ，連連線并不成為一個(gè)問題，因?yàn)楦髌骷g一般是串行關(guān)系，各器件之間的連線并不很 多，但計(jì)算機(jī)電路卻不一樣，它是以微處理器為核心，各器件都要與微處理器相連，所以就需要的連線就很多了，如果仍如同模擬電路一樣 ，在各微處理器和各器件間單獨(dú)連線線，則線的數(shù)量將多得驚人，所以在微處理機(jī)中引 入了總線的概念，各個(gè)器件共同享用連線，所有器件的8根數(shù)據(jù)線全部接到8根公用的線 上，即相當(dāng)于各個(gè)器件并聯(lián)起來，但僅這樣還不行，如果有兩個(gè)器件同時(shí)送出數(shù)據(jù)，一 個(gè)為0，一個(gè)為1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？這種情況是是不允許的，所以 要通過控制線進(jìn)行控制，使器件分時(shí)工作，任何時(shí)候只能有一個(gè)器件發(fā)送數(shù)據(jù)（可以有 多個(gè)器件同時(shí)接收）。器件的數(shù)據(jù)線也就被稱為數(shù)據(jù)總線，器件所有的控制線被稱 控制 總線。 在單片機(jī)內(nèi)部或者外部存儲(chǔ)器及其它器件中有存儲(chǔ)單元，這些存儲(chǔ)單元要被分配 地址，才能 用，分配地址也是以電信號(hào)的形式給出的，由于存儲(chǔ)單元比較多，所以 ，用于地址分的線也較多，這些線被稱為地址總線。 二、數(shù)據(jù)、地址、指令：之所以將這三者放在一起，是因?yàn)檫@三者的本質(zhì)都是一樣的——數(shù)字，或者說都是字符串‘0’和‘1’組成的序列。換言之，地址、指令也都是數(shù)據(jù) 。指令由單片機(jī)芯片的設(shè)計(jì)者規(guī)定的一種數(shù)字，它與我們常用的指令助記符有著嚴(yán)格的不同 一一對(duì)應(yīng)關(guān)，不可以由自己私自更改應(yīng)該由單片機(jī)的開發(fā)者更改。地址：是尋找單片機(jī)內(nèi)部、外部的存儲(chǔ)單元、輸入輸出口的依據(jù)，內(nèi)存儲(chǔ)單元的地址值已由芯片設(shè)計(jì)者規(guī)定好，不可更改，外部的存儲(chǔ)單元可以由單片機(jī)開發(fā)者自行決，但有一些地址單元是一定要有的。數(shù)據(jù)：這是由微處理機(jī)處理的對(duì)象，在各種不同的應(yīng)用電路中各不相同，一般而言，被處理的數(shù)據(jù)可能有這么幾種情況： 1地址（如MOV DPTR，#1000H），即地址1000H送入DPTR。 2方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是控制字。 3常數(shù)（如MOV TH0，#10H）10H即定時(shí)常數(shù)。 4實(shí)際輸出值（如P1口接彩燈，要燈全亮，則執(zhí)行指令：MOV P1，#0FFH，要燈全暗， 則執(zhí) 兄 令：MOV P1，#00H）這里0FFH和00H都是實(shí)際輸出值。又如用于LED的字形碼，也是實(shí)際給出的值。 理解了地址、指令的本質(zhì)，就不難理解程序運(yùn)行過程中為什么會(huì)跑飛，會(huì)把數(shù)據(jù)當(dāng)成指令來運(yùn)行了。 三、P0口、P2口和P3的第二功能用法 初學(xué)時(shí)往往對(duì)P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，認(rèn)為第二功能和原功能之間 要有個(gè)切換的過程，或者說要有一條指令，事實(shí)是，各端口的第二功能完全是自動(dòng)的，不需要用指令來轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是WR、RD信號(hào)，當(dāng)微片理機(jī)外接RAM或有外部I/O口時(shí)，它們揮作第二功能，不能作為通用I/O口使用，只要一微處理機(jī)一執(zhí)行到MOVX指令，就會(huì)有相應(yīng)的信號(hào)從 P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令說明。事實(shí)上‘不能作為通用I/O口使用’也并不是‘不能’而是（使用者）‘不會(huì)’將其作為通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一條S ETB P3.7的指令，并且當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行到這條指令時(shí)，也會(huì)使P3.7變?yōu)楦唠娖剑褂谜卟粫?huì) 這么做，因?yàn)檫@通常這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)當(dāng)潰（即死機(jī)）。 四、程序的執(zhí)行過程 單片機(jī)在通電復(fù)位后8051內(nèi)的程序計(jì)數(shù)器（PC）中的值為‘0000H，所以程序總是從‘0000’單元開始執(zhí)行，也就是說：在系統(tǒng)的ROM中一定要存在‘0000’H個(gè)單元，并且在‘0000’單元中存放的一定是一條指令。 五、堆棧 堆棧是一個(gè)區(qū)域，是用來存放數(shù)據(jù)的，這個(gè)區(qū)域本身沒有任何特殊之處，就是內(nèi)部RAM的一組成部份，特殊的是它存放和取用數(shù)據(jù)的方式，即所謂的‘先進(jìn)后出，后進(jìn)先出’，并且 堆棧有特 的數(shù)據(jù)傳輸指令，即‘PUSH’和甈OP’，有一個(gè)特殊的專為其服務(wù)的單元，即堆棧指 針SP 每當(dāng)執(zhí)一次 PUSH指令時(shí)，SP就（在原來值的基礎(chǔ)上）自動(dòng)加1，每當(dāng)執(zhí)行一次POP指令，SP就（在原 來值基礎(chǔ)上）自動(dòng)減1。由于SP中的值可以用指令加以改變，所以只要在程序開始階段更改了SP值，就可以把堆棧設(shè)置在規(guī)定的內(nèi)存單元中，如在程序開始時(shí)使用一條MOV SP，#5FH指令，就時(shí)把堆棧設(shè)置在從內(nèi)存單元60H開始的單元中。一般程序的開頭總有這么一條設(shè)置堆棧指針的指令，因?yàn)殚_機(jī)時(shí)，SP的初始值為07H，這樣就使堆棧從08H單元 開始往后08H到1FH這個(gè)區(qū)域正是8031的第二、三、四工作寄存器區(qū)，經(jīng)常要被使用，這會(huì)造成數(shù)據(jù)的渾亂。不過作者編寫程序時(shí)，初始化堆棧指令也不完全相同，這是作者的習(xí)慣問 題。當(dāng)設(shè)置好堆棧區(qū)后，并不意味著該區(qū)域成為一種專用內(nèi)存，它還是可以象普通內(nèi)存 區(qū)域一樣使用，只是一般情 下編程者不會(huì)把它當(dāng)成普通內(nèi)存用了。 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(cè)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)。 五．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(duì)溫度的檢測(cè)與控制； （2）單片機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制； （3）單片機(jī)對(duì)劃桿的控制。 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(hào), 經(jīng)低通濾波濾掉干擾信號(hào)后送放大器, 信號(hào)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(shí), 熱電偶的冷端溫度也由IC 溫度傳感器變?yōu)殡妷盒盘?hào), 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(cè)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(shí)間, 調(diào)節(jié)爐溫的變化使之與給定恒溫值一致。導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng), 輸出功率大, 溫度升高快; 導(dǎo)通時(shí)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(shí)間顯示、恒溫開始與恒溫完成判別、恒溫完成時(shí)給出聲光指示信號(hào)。斷偶判斷程序根據(jù)溫度檢測(cè)值判斷溫度傳感是否開路, 若開路, 則給出斷偶報(bào)警信號(hào)。 1.2單片機(jī)溫度檢測(cè)的原理具體如下： 熱電偶傳感器檢測(cè)到一個(gè)在0℃-1000℃范圍的溫度值，因?yàn)闊犭娕嫉妮敵鲭妷盒盘?hào)為0mV-41.32mV。熱電偶把測(cè)量到溫度值轉(zhuǎn)化成自己的輸出電壓信號(hào)輸給毫伏變送器，毫伏變送器把熱電偶輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為4mA-20mA的電流信號(hào)送給電流/電壓變送器。電流信號(hào)經(jīng)過電流/電壓變送器的轉(zhuǎn)化變成0-5V的電壓信號(hào)。測(cè)得的電流信號(hào)經(jīng)過反饋電路反饋來使系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)電阻爐的溫度。為了提高測(cè)量精度，變送器可以進(jìn)行零點(diǎn)遷移。例如：若溫度測(cè)量范圍為0℃-400℃，熱電偶給出0~16.4mV時(shí)，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)。 2 單片機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)控制的原理具體如下： 單片機(jī)將給出一個(gè)脈沖信號(hào)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電機(jī)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，因此步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。它的工作原理如下： (1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C－D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。 (2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 (3)控制步進(jìn)電機(jī)的角位移 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 六．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），收集模糊控制和恒壓供水方面資料； 第03周至第03周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)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。 七．指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師(簽字)：　　　　　　 年 月 日 八．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(bào)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(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題撰寫本報(bào)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。 浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述 課題名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制的智能型自動(dòng)名茶炒制機(jī) 學(xué)生姓名：鄭雪君 系 （部）：信息與電子工程系 專業(yè)班級(jí)：04工自(1)班 指導(dǎo)教師：黃云龍、朱秋琴、廖東進(jìn) 職 稱：副教授、 助教、 助教 日 期：2007.05.03 4 文獻(xiàn)綜述 摘要：本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制的智能炒茶，傳感器是利用熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)來檢測(cè)溫度，傳感器將采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過放大器及其放大電路的放大，傳送給A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器把送來的模擬信號(hào)經(jīng)過其轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能讀的數(shù)字信號(hào)。經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)與單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)的設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，看是否符合要求，而后單片機(jī)把已比較的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過光電隔離再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換反饋給可控硅。由可控硅對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)控。 一 引言[3、5] 在我國(guó)現(xiàn)有的炒茶機(jī)的各種機(jī)型中很難找到技術(shù)含量高、特別是可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工、連續(xù)化生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品的不足與缺點(diǎn)，本機(jī)械將單片機(jī)的體積小、功耗低、價(jià)格低、品種規(guī)格系列化、硬件具有廣泛的通用性、有專門的開發(fā)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，對(duì)制茶機(jī)的炒制方法跟對(duì)炒鍋溫度的控制結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。 本文根據(jù)傳統(tǒng)炒茶工藝中存在的不足和缺點(diǎn)，將單片機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于炒茶工藝中，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制的智能化炒茶。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)炒茶工藝中耗時(shí)長(zhǎng)、對(duì)人員炒茶技術(shù)要求高、無法大規(guī)模生產(chǎn)等缺點(diǎn)。 通過生產(chǎn)新型機(jī)械和對(duì)舊機(jī)械的技術(shù)改造使制茶機(jī)能實(shí)現(xiàn)茶機(jī)的連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)。 二　機(jī)械制茶機(jī)的現(xiàn)狀 1、單片機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀[1、4] 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱為單片機(jī)，是在一塊芯片上集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出部件和時(shí)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(jià)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(jí)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。 2、單片機(jī)在機(jī)械控制中的發(fā)展?fàn)顩r 電機(jī)是與電能的生產(chǎn)、傳輸和使用有著密切關(guān)系的電磁機(jī)構(gòu)。在日常生活中，電機(jī)的使用隨處可見，比如:在很多場(chǎng)合大量使用各種電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，用以拖動(dòng)各種機(jī)械設(shè)備;在軍事、信息和各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使用大量的控制電機(jī)，作為檢測(cè)、執(zhí)行和計(jì)算等元件。 電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)以電力半導(dǎo)體變流器件的應(yīng)用為基礎(chǔ)、以電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象、以自動(dòng)控制理論為指導(dǎo)、以電子技術(shù)和微處理器控制及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)為手段，并且與檢測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成一門具有相對(duì)獨(dú)立性的科學(xué)技術(shù)。在生產(chǎn)設(shè)備和過程自動(dòng)化中發(fā)揮著日益重要的作用。 3、單片機(jī)對(duì)溫度傳感器控制 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(shí)，在回路中就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度補(bǔ)償測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)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(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。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(shì)測(cè)量溫度，對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)力，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題： （1）熱電偶的熱電勢(shì)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(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)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(gè)熱電偶絲材料成分確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)。 ③銅—銅鎳 （康銅）熱電偶，分度號(hào)T，它的正極是鐵，負(fù)極是銅鎳合金。測(cè)溫范圍為-200～+350℃。150℃時(shí)的熱電勢(shì)為6.702。主要特點(diǎn)是：精度高、熱電極的均勻性好；因銅熱電極易氧化，并且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不能超過300℃，在-200～+300℃范圍內(nèi)，它們靈敏度比較高。 熱電偶測(cè)溫原理圖 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)對(duì)溫度傳感器的工作過程 測(cè)量放大器的特點(diǎn) 運(yùn)算放大器對(duì)微弱信號(hào)的放大，僅適用于信號(hào)回路不受干擾的情況。然而，傳感器的工作環(huán)境往往比較惡劣，在傳感器的兩個(gè)輸出端上經(jīng)常產(chǎn)生較大的干擾信號(hào)，有時(shí)是完全相同的，完全相同的干擾信號(hào)稱為共模干擾。雖然運(yùn)算放大器對(duì)直接輸入到差動(dòng)端的共模信號(hào)有較強(qiáng)的抑制能力，但對(duì)簡(jiǎn)單的反相輸入或同相輸入接法，由于電路結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱，抵御共模干擾的能力很差，故不能用在精密測(cè)量場(chǎng)合。因此，需要引入另一種形式的放大器，即測(cè)量放大器，又稱儀用放大器、數(shù)據(jù)放大器，它廣泛用于傳感器的信號(hào)放大，特別是微弱信號(hào)及具有較大共模干擾的場(chǎng)合。 測(cè)量放大器除了對(duì)低電平信號(hào)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)。 放大電路框圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是連接模擬和數(shù)字世界的一個(gè)重要接口。A/D轉(zhuǎn)換器將現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號(hào)變換成數(shù)字位流以進(jìn)行處理、傳輸及其他操作。　A/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(hào)在數(shù)字位流中被準(zhǔn)確地表示，并提供一個(gè)具有任何必需的數(shù)字信號(hào)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(duì)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(jià)格實(shí)現(xiàn)更高的性能。 濾波 采樣保持 編碼 A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程框圖 用于評(píng)定A/D的最常用性能參數(shù)如下： ● 信噪比（SNR） ● 信號(hào)與噪聲加失真之和之比（SINAD） ● 無寄生動(dòng)態(tài)范圍（SFDR） 　 ● 差分線性誤差（DNL或DLE） ● 積分線性誤差（INL或ILE） ● 有效位數(shù)（ENOB） ● 增益誤差 　　● 功耗 三、系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與工作過程 基于單片機(jī)控制的溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示，系統(tǒng)采用熱電偶檢測(cè)溫度經(jīng)過放大后A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)，由單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定的溫度數(shù)值進(jìn)行比較，查看是否超過溫控警報(bào)，再經(jīng)過過零檢測(cè)后經(jīng)過光電隔離反饋給出可控硅進(jìn)行對(duì)電爐的溫度控制。 單片機(jī)溫控的總體構(gòu)成框圖 浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述 課題名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制的智能型自動(dòng)名茶炒制機(jī) 學(xué)生姓名：鄭雪君 系 （部）：信息與電子工程系 專業(yè)班級(jí)：04工自(1)班 指導(dǎo)教師：黃云龍、朱秋琴、廖東進(jìn) 職 稱：副教授、 助教、 助教 日 期：2007.05.03 文獻(xiàn)綜述 摘要 一 引言[3、5] 在我國(guó)現(xiàn)有的炒茶機(jī)的各種機(jī)型中很難找到技術(shù)含量高、特別是可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工、連續(xù)化生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品的不足與缺點(diǎn)，本機(jī)械將單片機(jī)的體積小、功耗低、價(jià)格低、品種規(guī)格系列化、硬件具有廣泛的通用性、有專門的開發(fā)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，對(duì)制茶機(jī)的炒制方法跟對(duì)炒鍋溫度的控制結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。 本文根據(jù)傳統(tǒng)炒茶工藝中存在的不足和缺點(diǎn)，將單片機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于炒茶工藝中，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制的智能化炒茶。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)炒茶工藝中耗時(shí)長(zhǎng)、對(duì)人員炒茶技術(shù)要求高、無法大規(guī)模生產(chǎn)等缺點(diǎn)。 通過生產(chǎn)新型機(jī)械和對(duì)舊機(jī)械的技術(shù)改造使制茶機(jī)能實(shí)現(xiàn)茶機(jī)的連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)。 二　機(jī)械制茶機(jī)的現(xiàn)狀 1、單片機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀[1、4] 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱為單片機(jī)，是在一塊芯片上集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出部件和時(shí)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(jià)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(jí)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。 2、單片機(jī)在機(jī)械控制中的發(fā)展?fàn)顩r 電機(jī)是與電能的生產(chǎn)、傳輸和使用有著密切關(guān)系的電磁機(jī)構(gòu)。在日常生活中，電機(jī)的使用隨處可見，比如:在很多場(chǎng)合大量使用各種電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，用以拖動(dòng)各種機(jī)械設(shè)備;在軍事、信息和各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使用大量的控制電機(jī)，作為檢測(cè)、執(zhí)行和計(jì)算等元件。 電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)以電力半導(dǎo)體變流器件的應(yīng)用為基礎(chǔ)、以電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象、以自動(dòng)控制理論為指導(dǎo)、以電子技術(shù)和微處理器控制及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)為手段，并且與檢測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成一門具有相對(duì)獨(dú)立性的科學(xué)技術(shù)。在生產(chǎn)設(shè)備和過程自動(dòng)化中發(fā)揮著日益重要的作用。 3、單片機(jī)對(duì)溫度傳感器控制 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(shí)，在回路中就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度補(bǔ)償測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)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(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。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(shì)測(cè)量溫度，對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)力，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題： （1）熱電偶的熱電勢(shì)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(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)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(gè)熱電偶絲材料成分確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)。 ③銅—銅鎳 （康銅）熱電偶，分度號(hào)T，它的正極是鐵，負(fù)極是銅鎳合金。測(cè)溫范圍為-200～+350℃。150℃時(shí)的熱電勢(shì)為6.702。主要特點(diǎn)是：精度高、熱電極的均勻性好；因銅熱電極易氧化，并且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不能超過300℃，在-200～+300℃范圍內(nèi)，它們靈敏度比較高。 熱電偶測(cè)溫原理圖 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)對(duì)溫度傳感器的工作過程 測(cè)量放大器的特點(diǎn) 運(yùn)算放大器對(duì)微弱信號(hào)的放大，僅適用于信號(hào)回路不受干擾的情況。然而，傳感器的工作環(huán)境往往比較惡劣，在傳感器的兩個(gè)輸出端上經(jīng)常產(chǎn)生較大的干擾信號(hào)，有時(shí)是完全相同的，完全相同的干擾信號(hào)稱為共模干擾。雖然運(yùn)算放大器對(duì)直接輸入到差動(dòng)端的共模信號(hào)有較強(qiáng)的抑制能力，但對(duì)簡(jiǎn)單的反相輸入或同相輸入接法，由于電路結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱，抵御共模干擾的能力很差，故不能用在精密測(cè)量場(chǎng)合。因此，需要引入另一種形式的放大器，即測(cè)量放大器，又稱儀用放大器、數(shù)據(jù)放大器，它廣泛用于傳感器的信號(hào)放大，特別是微弱信號(hào)及具有較大共模干擾的場(chǎng)合。 測(cè)量放大器除了對(duì)低電平信號(hào)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)。 放大電路框圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是連接模擬和數(shù)字世界的一個(gè)重要接口。A/D轉(zhuǎn)換器將現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號(hào)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(hào)在數(shù)字位流中被準(zhǔn)確地表示，并提供一個(gè)具有任何必需的數(shù)字信號(hào)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(duì)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(jià)格實(shí)現(xiàn)更高的性能。 濾波 采樣保持 編碼 A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程框圖 用于評(píng)定A/D的最常用性能參數(shù)如下： ● 信噪比（SNR） ● 信號(hào)與噪聲加失真之和之比（SINAD） ● 無寄生動(dòng)態(tài)范圍（SFDR） 　 ● 差分線性誤差（DNL或DLE） ● 積分線性誤差（INL或ILE） ● 有效位數(shù)（ENOB） ● 增益誤差 　　● 功耗 三、系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與工作過程 基于單片機(jī)控制的溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示，系統(tǒng)采用熱電偶檢測(cè)溫度經(jīng)過放大后A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)，由單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定的溫度數(shù)值進(jìn)行比較，查看是否超過溫控警報(bào)，再經(jīng)過過零檢測(cè)后經(jīng)過光電隔離反饋給出可控硅進(jìn)行對(duì)電爐的溫度控制。 單片機(jī)溫控的總體構(gòu)成框圖