裝配圖供水管道恒壓智能控制系統(tǒng)設(shè)計(論文+DWG圖紙+開題報告+外文翻譯+文獻綜述)
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浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
畢業(yè)設(shè)計(論文)起止時間：
2007 年3 月2 日～6月10日(共17周)
課題名稱：單片機控制的智能型自動名茶炒制機
學(xué)生姓名：鄭雪君
系 （部）：信息與電子工程系
專業(yè)班級：04工自(1)班
指導(dǎo)教師：黃云龍、朱秋琴、廖東進
職 稱：副教授、 助教、 助教
報告日期：2007.05.03
一．我國茶葉機械的現(xiàn)狀及存在的問題
二．單片機技術(shù)現(xiàn)狀
單片微型計算機簡稱為單片機，是在一塊芯片上集成了一臺微型計算機所需的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，體積小，供耗低，性能可靠，價格低廉等特點，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)、高級計算機、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)有的多片微機應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)字單片機的位數(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，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)平臺上進行快速的開發(fā)，為單片機的廣泛應(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，單片機無疑會發(fā)揮更大的作用。
三．單片機與制茶機相結(jié)合成的制茶機的優(yōu)勢和前景
優(yōu)勢
1、現(xiàn)在的茶機很難找到技術(shù)含量高、特別是可以實現(xiàn)自動化加工、連續(xù)化生產(chǎn)的機械產(chǎn)品而單片機正好可以彌補現(xiàn)在制茶機的缺點實現(xiàn)自動化、連續(xù)化生產(chǎn)。
2、單片機具有集成度高，功能強，體積小，供耗低，性能可靠，價格低廉等特點在普通制茶機增加少量成本就可以實現(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。
2、可以對舊的制茶機進行技術(shù)改造，加裝單片機控制系統(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(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現(xiàn)單片機對制茶機自動控制功能
近，便于用戶使用。主要包括以下幾個方面:
(1) 單片機對加熱系統(tǒng)的溫度控制。
(2) 單片機對不同炒制階段電動機轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的控制。
(3) 單片機對劃桿的控制形成不同的炒法及力度。
單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。
可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、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，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等。現(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)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上
單片機的幾部份
一、總線：我們知道，一個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問題，因為各器件間一般是串行關(guān)系，各器件之間的連線并不很 多，但計算機電路卻不一樣，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連線線，則線的數(shù)量將多得驚人，所以在微處理機中引 入了總線的概念，各個器件共同享用連線，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)于各個器件并聯(lián)起來，但僅這樣還不行，如果有兩個器件同時送出數(shù)據(jù)，一 個為0，一個為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 要通過控制線進行控制，使器件分時工作，任何時候只能有一個器件發(fā)送數(shù)據(jù)（可以有 多個器件同時接收）。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。
在單片機內(nèi)部或者外部存儲器及其它器件中有存儲單元，這些存儲單元要被分配 地址，才能 用，分配地址也是以電信號的形式給出的，由于存儲單元比較多，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，是因為這三者的本質(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) 。指令由單片機芯片的設(shè)計者規(guī)定的一種數(shù)字，它與我們常用的指令助記符有著嚴格的不同 一一對應(yīng)關(guān)，不可以由自己私自更改應(yīng)該由單片機的開發(fā)者更改。地址：是尋找單片機內(nèi)部、外部的存儲單元、輸入輸出口的依據(jù)，內(nèi)存儲單元的地址值已由芯片設(shè)計者規(guī)定好，不可更改，外部的存儲單元可以由單片機開發(fā)者自行決，但有一些地址單元是一定要有的。數(shù)據(jù)：這是由微處理機處理的對象，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即定時常數(shù)。
4實際輸出值（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都是實際輸出值。又如用于LED的字形碼，也是實際給出的值。 理解了地址、指令的本質(zhì)，就不難理解程序運行過程中為什么會跑飛，會把數(shù)據(jù)當(dāng)成指令來運行了。
三、P0口、P2口和P3的第二功能用法 初學(xué)時往往對P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，認為第二功能和原功能之間 要有個切換的過程，或者說要有一條指令，事實是，各端口的第二功能完全是自動的，不需要用指令來轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是WR、RD信號，當(dāng)微片理機外接RAM或有外部I/O口時，它們揮作第二功能，不能作為通用I/O口使用，只要一微處理機一執(zhí)行到MOVX指令，就會有相應(yīng)的信號從 P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令說明。事實上‘不能作為通用I/O口使用’也并不是‘不能’而是（使用者）‘不會’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)單片機執(zhí)行到這條指令時，也會使P3.7變?yōu)楦唠娖剑褂谜卟粫?這么做，因為這通常這會導(dǎo)致系統(tǒng)當(dāng)潰（即死機）。
四、程序的執(zhí)行過程 單片機在通電復(fù)位后8051內(nèi)的程序計數(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 堆棧是一個區(qū)域，是用來存放數(shù)據(jù)的，這個區(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‘先進后出，后進先出’，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，SP就（在原來值的基礎(chǔ)上）自動加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，如在程序開始時使用一條MOV SP，#5FH指令，就時把堆棧設(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，因為開機時，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，這會造成數(shù)據(jù)的渾亂。不過作者編寫程序時，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 下編程者不會把它當(dāng)成普通內(nèi)存用了。
系統(tǒng)的硬件采用單片機控制，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，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。
五．本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路
重點研究與關(guān)鍵問題：
（1）單片機對溫度的檢測與控制；
（2）單片機對電動機的控制；
（3）單片機對劃桿的控制。
解決思路：
1.1單片機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。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。標(biāo)度變換程度根據(jù)溫檢測值求得實際爐溫 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，因為熱電偶的輸出電壓信號為0mV-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，變送器可以進行零點遷移。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到1.96℃以內(nèi)。
2 單片機對電動機控制的原理具體如下：
單片機將給出一個脈沖信號給步進電動機，步進電機將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，因此步進電機轉(zhuǎn)動。步進電機是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。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：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為A-B-C－D,通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。
(2)控制步進電機的轉(zhuǎn)向
如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。
(3)控制步進電機的角位移
如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。
六．設(shè)計(論文)完成進度計劃
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（論文）開題報告，并開始進行畢業(yè)設(shè)計；
第04周至第05周：完成方案論證與比較設(shè)計；
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（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（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.本報告必須由承擔(dān)畢業(yè)設(shè)計(論文)課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書”、正式開始做畢業(yè)設(shè)計(論文)的第2周或第3周末之前獨立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。
2.每個畢業(yè)設(shè)計(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(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(論文)文獻綜述
課題名稱：單片機控制的智能型自動名茶炒制機
學(xué)生姓名：鄭雪君
系 （部）：信息與電子工程系
專業(yè)班級：04工自(1)班
指導(dǎo)教師：黃云龍、朱秋琴、廖東進
職 稱：副教授、 助教、 助教
日 期：2007.05.03
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文獻綜述
摘要：本設(shè)計采用單片機控制的智能炒茶，傳感器是利用熱電偶的溫差電動勢來檢測溫度，傳感器將采集到的模擬信號經(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經(jīng)過其轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成單片機能讀的數(shù)字信號。經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號與單片機內(nèi)部存儲的設(shè)定溫度值進行比較，看是否符合要求，而后單片機把已比較的數(shù)字信號經(jīng)過光電隔離再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換反饋給可控硅。由可控硅對溫度進行調(diào)控。
一 引言[3、5]
在我國現(xiàn)有的炒茶機的各種機型中很難找到技術(shù)含量高、特別是可以實現(xiàn)自動化加工、連續(xù)化生產(chǎn)的機械產(chǎn)品的不足與缺點，本機械將單片機的體積小、功耗低、價格低、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)點結(jié)合起來，對制茶機的炒制方法跟對炒鍋溫度的控制結(jié)合在一起，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)。
本文根據(jù)傳統(tǒng)炒茶工藝中存在的不足和缺點，將單片機控制技術(shù)應(yīng)用于炒茶工藝中，實現(xiàn)單片機控制的智能化炒茶。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)炒茶工藝中耗時長、對人員炒茶技術(shù)要求高、無法大規(guī)模生產(chǎn)等缺點。
通過生產(chǎn)新型機械和對舊機械的技術(shù)改造使制茶機能實現(xiàn)茶機的連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。
二 機械制茶機的現(xiàn)狀
1、單片機技術(shù)現(xiàn)狀[1、4]
單片微型計算機簡稱為單片機，是在一塊芯片上集成了一臺微型計算機所需的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，體積小，供耗低，性能可靠，價格低廉等特點，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)、高級計算機、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)有的多片微機應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)字單片機的位數(shù)越來越多，精度也越來越高。
2、單片機在機械控制中的發(fā)展?fàn)顩r
電機是與電能的生產(chǎn)、傳輸和使用有著密切關(guān)系的電磁機構(gòu)。在日常生活中，電機的使用隨處可見，比如:在很多場合大量使用各種電動機作為原動機，用以拖動各種機械設(shè)備;在軍事、信息和各種自動控制系統(tǒng)中，使用大量的控制電機，作為檢測、執(zhí)行和計算等元件。
電機運動控制技術(shù)以電力半導(dǎo)體變流器件的應(yīng)用為基礎(chǔ)、以電動機為控制對象、以自動控制理論為指導(dǎo)、以電子技術(shù)和微處理器控制及計算機輔助設(shè)計(CAD)為手段，并且與檢測技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成一門具有相對獨立性的科學(xué)技術(shù)。在生產(chǎn)設(shè)備和過程自動化中發(fā)揮著日益重要的作用。
3、單片機對溫度傳感器控制
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行溫度補償測量的，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)。
③銅—銅鎳 （康銅）熱電偶，分度號T，它的正極是鐵，負極是銅鎳合金。測溫范圍為-200～+350℃。150℃時的熱電勢為6.702。主要特點是：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，一般不能超過300℃，在-200～+300℃范圍內(nèi)，它們靈敏度比較高。
熱電偶測溫原理圖
溫度傳感器
單片機
放大器及放大電路
A/D轉(zhuǎn)換器及電路
單片機對溫度傳感器的工作過程
測量放大器的特點
運算放大器對微弱信號的放大，僅適用于信號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，在傳感器的兩個輸出端上經(jīng)常產(chǎn)生較大的干擾信號，有時是完全相同的，完全相同的干擾信號稱為共模干擾。雖然運算放大器對直接輸入到差動端的共模信號有較強的抑制能力，但對簡單的反相輸入或同相輸入接法，由于電路結(jié)構(gòu)的不對稱，抵御共模干擾的能力很差，故不能用在精密測量場合。因此，需要引入另一種形式的放大器，即測量放大器，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放大，特別是微弱信號及具有較大共模干擾的場合。
測量放大器除了對低電平信號進行線性放大外，還擔(dān)負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。
放大電路框圖
模數(shù)轉(zhuǎn)換器是連接模擬和數(shù)字世界的一個重要接口。A/D轉(zhuǎn)換器將現(xiàn)實世界的模擬信號變換成數(shù)字位流以進行處理、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
用于評定A/D的最常用性能參數(shù)如下：
● 信噪比（SNR）
● 信號與噪聲加失真之和之比（SINAD）
● 無寄生動態(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)計與工作過程
基于單片機控制的溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示，系統(tǒng)采用熱電偶檢測溫度經(jīng)過放大后A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號給單片機，由單片機內(nèi)部設(shè)定的溫度數(shù)值進行比較，查看是否超過溫控警報，再經(jīng)過過零檢測后經(jīng)過光電隔離反饋給出可控硅進行對電爐的溫度控制。
單片機溫控的總體構(gòu)成框圖
浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校
畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻綜述
課題名稱：單片機控制的智能型自動名茶炒制機
學(xué)生姓名：鄭雪君
系 （部）：信息與電子工程系
專業(yè)班級：04工自(1)班
指導(dǎo)教師：黃云龍、朱秋琴、廖東進
職 稱：副教授、 助教、 助教
日 期：2007.05.03
文獻綜述
摘要
一 引言[3、5]
在我國現(xiàn)有的炒茶機的各種機型中很難找到技術(shù)含量高、特別是可以實現(xiàn)自動化加工、連續(xù)化生產(chǎn)的機械產(chǎn)品的不足與缺點，本機械將單片機的體積小、功耗低、價格低、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)點結(jié)合起來，對制茶機的炒制方法跟對炒鍋溫度的控制結(jié)合在一起，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)。
本文根據(jù)傳統(tǒng)炒茶工藝中存在的不足和缺點，將單片機控制技術(shù)應(yīng)用于炒茶工藝中，實現(xiàn)單片機控制的智能化炒茶。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)炒茶工藝中耗時長、對人員炒茶技術(shù)要求高、無法大規(guī)模生產(chǎn)等缺點。
通過生產(chǎn)新型機械和對舊機械的技術(shù)改造使制茶機能實現(xiàn)茶機的連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。
二 機械制茶機的現(xiàn)狀
1、單片機技術(shù)現(xiàn)狀[1、4]
單片微型計算機簡稱為單片機，是在一塊芯片上集成了一臺微型計算機所需的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，體積小，供耗低，性能可靠，價格低廉等特點，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)、高級計算機、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)有的多片微機應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)字單片機的位數(shù)越來越多，精度也越來越高。
2、單片機在機械控制中的發(fā)展?fàn)顩r
電機是與電能的生產(chǎn)、傳輸和使用有著密切關(guān)系的電磁機構(gòu)。在日常生活中，電機的使用隨處可見，比如:在很多場合大量使用各種電動機作為原動機，用以拖動各種機械設(shè)備;在軍事、信息和各種自動控制系統(tǒng)中，使用大量的控制電機，作為檢測、執(zhí)行和計算等元件。
電機運動控制技術(shù)以電力半導(dǎo)體變流器件的應(yīng)用為基礎(chǔ)、以電動機為控制對象、以自動控制理論為指導(dǎo)、以電子技術(shù)和微處理器控制及計算機輔助設(shè)計(CAD)為手段，并且與檢測技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成一門具有相對獨立性的科學(xué)技術(shù)。在生產(chǎn)設(shè)備和過程自動化中發(fā)揮著日益重要的作用。
3、單片機對溫度傳感器控制
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行溫度補償測量的，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)。
③銅—銅鎳 （康銅）熱電偶，分度號T，它的正極是鐵，負極是銅鎳合金。測溫范圍為-200～+350℃。150℃時的熱電勢為6.702。主要特點是：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，一般不能超過300℃，在-200～+300℃范圍內(nèi)，它們靈敏度比較高。
熱電偶測溫原理圖
溫度傳感器
單片機
放大器及放大電路
A/D轉(zhuǎn)換器及電路
單片機對溫度傳感器的工作過程
測量放大器的特點
運算放大器對微弱信號的放大，僅適用于信號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，在傳感器的兩個輸出端上經(jīng)常產(chǎn)生較大的干擾信號，有時是完全相同的，完全相同的干擾信號稱為共模干擾。雖然運算放大器對直接輸入到差動端的共模信號有較強的抑制能力，但對簡單的反相輸入或同相輸入接法，由于電路結(jié)構(gòu)的不對稱，抵御共模干擾的能力很差，故不能用在精密測量場合。因此，需要引入另一種形式的放大器，即測量放大器，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放大，特別是微弱信號及具有較大共模干擾的場合。
測量放大器除了對低電平信號進行線性放大外，還擔(dān)負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。
放大電路框圖
模數(shù)轉(zhuǎn)換器是連接模擬和數(shù)字世界的一個重要接口。A/D轉(zhuǎn)換器將現(xiàn)實世界的模擬信號變換成數(shù)字位流以進行處理、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
用于評定A/D的最常用性能參數(shù)如下：
● 信噪比（SNR）
● 信號與噪聲加失真之和之比（SINAD）
● 無寄生動態(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)計與工作過程
基于單片機控制的溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示，系統(tǒng)采用熱電偶檢測溫度經(jīng)過放大后A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號給單片機，由單片機內(nèi)部設(shè)定的溫度數(shù)值進行比較，查看是否超過溫控警報，再經(jīng)過過零檢測后經(jīng)過光電隔離反饋給出可控硅進行對電爐的溫度控制。
單片機溫控的總體構(gòu)成框圖
信息與電子工程 系畢業(yè)設(shè)計 (論文)
浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目： 單片機控制的智能型名茶炒制機
作 者： 鄭雪君
系 （部）： 信息與電子工程系
專業(yè)班級： 04工業(yè)電氣自動化(1)班
指導(dǎo)教師： 黃云龍，朱秋琴，廖東進
職 稱： 副教授，助教，助教
2007年 6 月 4 日
58
摘 要
本文根據(jù)傳統(tǒng)炒茶工藝中存在的不足和缺點，將單片機控制技術(shù)應(yīng)用于炒茶工藝中，實現(xiàn)單片機控制的智能化炒茶。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)炒茶工藝中耗時長、對人員炒茶技術(shù)要求高、無法大規(guī)模生產(chǎn)等缺點。
本機械將單片機的體積小、功耗低、價格低、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)點結(jié)合起來，對制茶機的炒制方法跟對炒鍋溫度的控制結(jié)合在一起，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)。
本文根據(jù)熱電偶測溫再經(jīng)過放大器放大，模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給單片機，數(shù)字量和單片機內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)比較后，再經(jīng)過光電隔離，再控制可控硅進行對溫度的控制。本設(shè)計以8031單片機為主體的控制系統(tǒng)構(gòu)成一個能進行較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜控制功能的智能控制器，使其既可與微機配合構(gòu)成控制系統(tǒng)，又可作為一個獨立的單片機控制系統(tǒng)，具有較高的靈活性和可靠性。單片機根據(jù)輸入的各種命令，進行智能算法得到控制值，輸出脈沖觸發(fā)信號，通過過零觸發(fā)電路驅(qū)動雙向可控硅，從而加熱電爐。
關(guān)鍵字:溫度控制；熱電偶傳感器；A/D轉(zhuǎn)換器；單片機
Abstract
This article according to the traditional tea to fry the shortcoming which in the system craft exists, applies the monolithic integrated circuit control technology to the tea fries in the system craft, thus the intellectualized tea which the monolithic integrated circuit controls to fry the system. This system solved the traditional tea to fry in the system craft to consume the time long, fries the system specification to the personnel tea to be high, to be unable shortcoming and so on large scale production.
This machinery the monolithic integrated circuit volume small, the power loss low, the price is low, the Variety specification seriation ,the hardware has the widespread versatility, has merit and so on special development system unifies, fries the system method to the system tea machine with to the wok temperature control to unify in together, has realized the automated production.
This article after the thermo-element survey temperature, enlarges after the survey amplifier, the simulated signal transforms after the A/D switch, transforms the digital signal to transmit gives the monolithic integrated circuit, the digital signal and the monolithic integrated circuit internal stored datum carries on the comparison ,the process photo electricity isolation, thus controls the silicon-controlled rectifier to carry on the control to the temperature . This design constitutes take 8031 monolithic integrated circuits as the main body control system to be able to carry on the more complex data processing and the plurality of controls function intelligent controller, causes its both to be possible with the microcomputer coordination constitution control system, and may take an independent monolithic integrated circuit control system, has a higher flexibility and the reliability. The monolithic integrated circuit basis inputs each kind of order, carries on the intelligentalgorithm to obtain the control value, the output pulse trigger pip , has triggered the electric circuit through zero to actuate the bidirectional silicon-controlled rectifier, thus heats up the electricstove.
Essential character: Temperature control, thermocouple sensor, A/D switch , monolithic integrated circuit
目 錄
摘 要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
第1章 緒論 1
第2章 單片機對炒茶過程的控制及各部分參數(shù)要求 5
2.1 炒茶的總體過程及框圖 5
2.2 炒茶各環(huán)節(jié)的參數(shù)要求 6
2.2.1 鮮葉攤放 6
2.2.2 青鍋 6
2.2.3 微波加熱 6
2.2.4 攤涼回潮 6
2.2.5 輝鍋 6
2.3 單片機對炒茶過程的控制及框圖 6
第3章 單片機對溫度傳感器的控制 8
3.1機械系統(tǒng)概述 8
3.1.1系統(tǒng)的組成 8
3.1.2系統(tǒng)優(yōu)點 8
3.2控制系統(tǒng)的工作步驟 8
3.3單片機對溫度傳感器的控制過程 9
3.3.1溫度傳感器的概述 9
3.3.2溫度信號測量 10
3.3.3集成運算放大器簡介 11
3.3.4 A/D轉(zhuǎn)換器及其電路 14
第4章 單片機系統(tǒng)的擴展 19
4.1 系統(tǒng)擴展概述 19
4.1.1常用擴展器件簡介 20
4.2存儲器的擴展 21
4.2.1程序存儲器的擴展 21
4.2.2數(shù)據(jù)存儲器的擴展 24
4.3 單片機I/O口的擴展（8155擴展芯片） 25
4.3.1 8155的結(jié)構(gòu)和引腳 25
4.3.2 8155的控制字的及其工作方式 27
4.3.3 8155與8031的連接 27
4.4看門狗、報警、復(fù)位和時鐘電路的設(shè)計 28
4.4.1看門狗電路的設(shè)計 28
4.4.2報警電路設(shè)計 29
4.4.3復(fù)位電路的設(shè)計 30
4.4.4時鐘電路的設(shè)計 31
4.5人機界面設(shè)計 31
4.5.1 LED數(shù)碼顯示器的接口電路 31
4.5.2鍵盤接口電路 32
4.6 DAC7521數(shù)模轉(zhuǎn)換接口 34
4.7隔離放大器的設(shè)計 34
4.8可控硅調(diào)功控溫 36
4.9單片機開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計 36
第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 37
5.4主要程序的框圖 37
5.2故障檢測子程序 38
5.3溫度測量子程序 39
結(jié)論與展望 40
參考文獻 41
致 謝 42
附錄 43
第一章 緒 論
1.1引言
在我國現(xiàn)有的炒茶機的各種機型中很難找到技術(shù)含量高、特別是可以實現(xiàn)自動化加工、連續(xù)化生產(chǎn)的機械產(chǎn)品的不足與缺點，本機械將單片機的體積小、功耗低、價格低、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)點結(jié)合起來，對制茶機的炒制方法跟對炒鍋溫度的控制結(jié)合在一起，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)。
本文根據(jù)傳統(tǒng)炒茶工藝中存在的不足和缺點，將單片機控制技術(shù)應(yīng)用于炒茶工藝中，實現(xiàn)單片機控制的智能化炒茶。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)炒茶工藝中耗時長、對人員炒茶技術(shù)要求高、無法大規(guī)模生產(chǎn)等缺點。
通過生產(chǎn)新型機械和對舊機械的技術(shù)改造使制茶機能實現(xiàn)茶機的連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。
1.2機械制茶機的現(xiàn)狀
據(jù)估算，目前全國70%以上的茶己全部或部分使用機器炒制，自20世紀60年代出現(xiàn)炒茶機械化以來，各種殺青機、理條機、烘干機均有快速發(fā)展，各種機器的加工質(zhì)量在各自相應(yīng)的工序中能達到甚至趕超手工炒茶相應(yīng)工序中的質(zhì)量，但是每種機器只能完成一道或兩道土序，因此加工效率較低，20世紀90年代以來研制的多功能炒茶制機，如6CDM-42型多功能機集殺青、理條、壓扁、輝干于一體，大大提高了炒茶的加工效率，但各工序之間是脫節(jié)的，即不能進行流水線生產(chǎn)。
近年試制的電腦控制型龍井茶炒制機將土藝參數(shù)貯存于控制器中，對龍井茶加土過程中的溫度、時間、轉(zhuǎn)速及加壓、停機等動作進行了自動控制，實現(xiàn)了龍井茶青鍋與輝鍋的自動化加工，進一步提高了加工效率，但是，受該系統(tǒng)中多功能機結(jié)構(gòu)的限制，并沒有實現(xiàn)流水線生產(chǎn)。因此，為了進一步提高炒茶制機的自動化水平，實現(xiàn)炒茶的流水線生產(chǎn)，迫切需要研制適用于連續(xù)加工的多功能炒茶機。
1.3 單片機技術(shù)現(xiàn)狀
單片機可應(yīng)用于電話機、尋呼機、對講機等電信設(shè)備，電視機、錄像機、攝像機、VCD機、洗衣機等家用電器，電子玩具，計算機外圍設(shè)備，辦公自動化設(shè)備，工業(yè)控制設(shè)備、儀器儀表，軍用設(shè)備等等。有人這樣說:“凡是能想到的地方，單片機都可以用得上”，這并不夸張。全世界單片機的年產(chǎn)量數(shù)以億計，應(yīng)用范圍十分廣闊，許多科技期刊還專門開辟了單片機專欄。
單片機應(yīng)用的意義不僅僅限于它的廣闊范圍以及所帶來的經(jīng)濟效益，更重要的還在于從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。以前，必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機通過軟件方法實現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)標(biāo)志著一種全新概念，隨著單片機的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展和日趨完善，而單片機的應(yīng)用必將更加深入、更加廣泛。
目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢:
(1)CMOS化
(2)低功耗化
(3)低電壓化
(4)大容量化
(5)高性能化
(6)外圍電路內(nèi)裝化
串行擴展技術(shù)在很長一段時間里，通用型單片機通過三總線結(jié)構(gòu)擴展外圍器件成為單片機應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價位OTP（One Time Programble）及各種類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展，加之處圍接口不斷進入片內(nèi)，推動了單片機“單片”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是I C、SPI等串行總線的引入，可以使單片機的引腳設(shè)計得更少，單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。
隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機的集成度將更高、體積將更小、功能將列強。在單片機家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS –51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51的許多特性。這樣，80C51就變成有眾多制造廠商支持的，發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為80C51系列。80C51單片機已成為單片機發(fā)展的主流。專家認為，雖然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，80C51可能最終形成事實上的標(biāo)準MCU芯片。
我國在80年代初就開始引進了單片機，在資金嚴重不足的情況下，自行研制了開發(fā)工具和應(yīng)用軟件，根據(jù)我國的實際生產(chǎn)需要和借鑒國外單片機應(yīng)用實例，逐步在我國開展了單片機的應(yīng)用工作，現(xiàn)在各行各業(yè)都可看到單片機應(yīng)用的蹤跡。
與世界的單片機發(fā)展，應(yīng)用情況相比，我國處于相當(dāng)落后的狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計，1995年我國單片機產(chǎn)品的實際產(chǎn)量僅為1000萬片，占世界產(chǎn)量的百分之幾，人均單片機的擁有量還不足一片。從單片機使用角度看，我國單片機使用面雖廣，但是使用的批量也僅集中在空調(diào)，洗衣機及電飯煲等家用電器中?？梢娢覈膯纹瑱C市場很大，尤其在智能儀表和智能傳感器，通訊，測控網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線，農(nóng)用單片機以及智能IC卡等方面都有著廣闊的前景，可以大大拓簾單片機應(yīng)用領(lǐng)域。
1.3.1單片機在機械控制中的發(fā)展?fàn)顩r
電機是與電能的生產(chǎn)、傳輸和使用有著密切關(guān)系的電磁機構(gòu)。在日常生活中，電機的使用隨處可見，比如:在很多場合大量使用各種電動機作為原動機，用以拖動各種機械設(shè)備;在軍事、信息和各種自動控制系統(tǒng)中，使用大量的控制電機，作為檢測、執(zhí)行和計算等元件。
電機運動控制技術(shù)以電力半導(dǎo)體變流器件的應(yīng)用為基礎(chǔ)、以電動機為控制對象、以自動控制理論為指導(dǎo)、以電子技術(shù)和微處理器控制及計算機輔助設(shè)計(CAD)為手段，并且與檢測技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成一門具有相對獨立性的科學(xué)技術(shù)。在生產(chǎn)設(shè)備和過程自動化中發(fā)揮著日益重要的作用。
真正意義上的電機運動控制系統(tǒng)是在20世紀30年代出現(xiàn)的，當(dāng)時是晶閘管、引燃管，而后是磁放大器、磁飽和電抗器作為靜止變流器，形成了新一代電機運動控制系統(tǒng)。
隨著新型電力電子器件、自動控制理論以及微處理器技術(shù)的發(fā)展，電機運動控制系統(tǒng)發(fā)生了巨大的變革。到了21世紀的今天，電機運動控制系統(tǒng)的技術(shù)水平更是提高到了一個新的高度，無論是應(yīng)用的廣泛程度，還是研究的深入程度都是過去人們想象不到的。
1.3.2單片機在溫度控制中的應(yīng)用
單片機在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣性，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應(yīng)運而生。在科研、生產(chǎn)中，常常需要對某些系統(tǒng)進行溫度的監(jiān)測和控制。需檢測和控制的溫度系統(tǒng)一旦確定，其熱慣性大小和散熱等各項硬件條件就確定了。這時，影響系統(tǒng)熱平衡的因素主要有：系統(tǒng)溫度T、設(shè)定溫度Ta、系統(tǒng)周圍的環(huán)境溫度Ts 以及加熱方式和調(diào)節(jié)方法。目前已有的實現(xiàn)溫控的方法有很多種，如：油浴恒溫法、比例式、積分式及其組合的調(diào)節(jié)方法等等，其中有的方法達到熱平衡需要的時間很長，但是其控溫精度很高，而有的是達到熱平衡的時間短，但其控溫精度卻不夠高。
1.4熱傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀
溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。根據(jù)美國儀器學(xué)會的調(diào)查，1990年，溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀初伽利略發(fā)明溫度計開始，人們開始利用溫度進行測量。真正把溫度變成電信號的傳感器是1821年由德國物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，這就是后來的熱電偶傳感器。五十年以后，另一位德國人西門子發(fā)明了鉑電阻溫度計。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。
溫度傳感器是檢測溫度的器件，其種類最多，應(yīng)用最廣，發(fā)展最快。眾所周知，日常使用的材料及電子元件大部分特性都隨溫度而變化。
最常用的熱電阻和熱電偶兩類產(chǎn)品。
1.5 課題來源，研究內(nèi)容及研究結(jié)果
1、課題來源：單片機控制的智能化技術(shù)在炒茶中的實際應(yīng)用。
2、研究內(nèi)容：本設(shè)計研究了炒茶過程在單片機控制下，如何運用熱電偶溫度傳感器檢測溫度，在用反饋程序校正正確溫度。除此之外，在硬件電路設(shè)計上考慮如何采用各種措施減小系統(tǒng)干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。
3、研究結(jié)果：經(jīng)過研究設(shè)計，實際運行，該系統(tǒng)具有以下基本功能:
①用戶可根據(jù)茶葉的品種特點來進行炒茶溫度的調(diào)整。
②智能型自動炒茶。
③具有故障檢測功能，當(dāng)各元件出現(xiàn)問題時，可自動報警。
④可顯示當(dāng)前溫度。
⑤系統(tǒng)死機時，可自動復(fù)位恢復(fù)工作。
1.6 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)
本次畢業(yè)設(shè)計課題是變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，我的主要任務(wù)是應(yīng)用軟件設(shè)計和模糊控制器的設(shè)計，大體為以下五項內(nèi)容：
1、單片機控制智能炒茶技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展：主要介紹其系統(tǒng)的目的和意義，單片機的發(fā)展史一直到廣泛應(yīng)用，隨著技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)越性越來越多，主要是CMOS化、低功耗化、低電壓化 、大容量化 、高性能化 、外圍電路內(nèi)裝化。
2、單片機炒茶控制系統(tǒng)的框圖及個主要參數(shù)要求 ，主要介紹茶葉炒制過程及在其炒制過中要注意的幾點要求，單片機對其溫度系統(tǒng)的控制框圖。
3、系統(tǒng)硬件設(shè)計（主電路、控制電路），涉及到炒茶機械系統(tǒng)的概述和系統(tǒng)的優(yōu)缺點及其操作步驟，溫度傳感器的發(fā)展及在炒茶過程中的應(yīng)用，放大器及其電路的介紹，A/D轉(zhuǎn)換器在系統(tǒng)中的應(yīng)用、選擇及其主要功能和構(gòu)成圖。
4、單片機系統(tǒng)的擴展，主要介紹了常用器件的擴展，存儲器的擴展，數(shù)據(jù)存儲器的擴展，單片機I/O接口的擴展，單片機控制的主電路的設(shè)計，溫度傳感器的設(shè)計，人機界面設(shè)計，前向輸入通道設(shè)計和后向輸出通道設(shè)計，及一些系統(tǒng)的可靠性設(shè)計。
5、應(yīng)用軟件設(shè)計：主要介紹了控制系統(tǒng)程序設(shè)計主要包括初始化程序、停機程序、主運行程序、報警程序；整個系統(tǒng)程序的工作過程以及編程中應(yīng)注意的細節(jié)。
總之，在本次設(shè)計中，必須完成圖表：論文說明書、控制電路圖、 程序流程圖、程序清單等。
第二章 單片機對炒茶過程的控制及各部分參數(shù)要求
2.1 炒茶的總體過程及框圖
鮮葉攤放
6-8h分篩
青鍋
8min使茶葉脫水
攤涼回潮
回潮40-60 min
輝鍋
4-6min使茶葉定色型
微波加熱
使茶葉水份符合標(biāo)準
圖（1）炒茶過程的框圖
2.2炒茶各環(huán)節(jié)的參數(shù)要求
2.2.1鮮葉攤放
一般鮮葉攤放厚度3-6 cm,攤放6-8h,至手感捏葉有自然彈性，不粘手不戳手，含水量68%一70%時炒制。
2.2.2 青鍋
炒制機，投葉爐膛溫度一般在240℃(相當(dāng)于鍋體120℃左右)，將鮮葉快速均勻地投入鍋中，可聽到“喳喳..…”響聲。每鍋投葉量為250一450g，炒手帶著鮮葉，鍋內(nèi)茶葉翻炒2-3 min后，葉了開始萎癟，梗了發(fā)軟，葉色發(fā)綠，，，炒手開始捺扭茶葉。初始宜輕，以后根據(jù)茶葉干燥程度逐步加重壓力，并用微電腦控制調(diào)控方式講行炒制，促使芽葉扁平成條，至手感芽條還有韌性，含水率在感茶條還有韌性，含水率在30%一40%時即可停機出葉。青鍋時間一般需8 min左右。
2.2.3微波加熱
當(dāng)茶葉經(jīng)過青鍋后在同一時間經(jīng)過烘箱傳送加熱,并通過微波技術(shù)使茶葉的水份達到要求.從而使茶葉的口感跟佳,使得機器茶有人工茶的口感。
2.2.4 攤涼回潮
快速攤涼，并回潮40-60 min，經(jīng)簸、揀篩后即可輝鍋。
2.2.5 輝鍋
炒制機輝鍋，投葉爐膛溫度一般在200℃(相當(dāng)于鍋體80℃左右)，青鍋葉兩鍋并一鍋均勻地投入鍋中，芽葉自然翻炒1min，手感回軟發(fā)燙，調(diào)整炒手扭力，采用微電腦調(diào)控方式進行壓捺、攤磨。炒制1. 5 mir生右，茶條手感還有韌性，折不斷時，調(diào)整爐膛溫度下170℃左右，加扭程度到最重，然后再炒制1 min左右，其間適時調(diào)整微電腦調(diào)控方式，至茶葉扁平光滑，折為斷時，即可調(diào)減壓力，停機出葉。輝鍋時間一般需4-6min。
2.3單片機對炒茶過程的控制及框圖
框圖中各部分參數(shù)具體說明如下：
（1）1#鍋體溫度：青鍋投葉爐膛溫度在240℃(相當(dāng)于鍋體120℃左右)。
（2）2#鍋體溫度：青鍋在2-3 min后，調(diào)整爐膛溫度至220℃左右。
（3）3#烘箱溫度：青鍋開始時烘箱升溫，使得茶葉喊水在30﹪～40﹪。
（4）4#鍋體溫度：輝鍋投葉爐膛溫度在200(相當(dāng)于鍋體80℃左右)。
（5）5#鍋體溫度：輝鍋炒制1.5min后，調(diào)整爐膛溫度至170℃左右。
單
片
機
溫度設(shè)定
溫度顯示
溫度報警
傳感器
溫度檢測
2#溫度控制
1#鍋體溫度
120℃
1#溫度控制
4#鍋體溫度
80℃
2#鍋體溫度
110℃
4#溫度控制
5#溫度控制
5#鍋體溫度
70℃
3#溫度控制
3#微波傳感器控制溫度
圖（2） 炒茶溫度控制系統(tǒng)框圖
第三章 單片機對溫度傳感器的控制
3.1機械系統(tǒng)概述
機型主要由長形半圓炒茶鍋、長形炒葉板、傳動機構(gòu)、熱源裝置、控溫儀表和機架等組成。長形半圓炒茶鍋用薄鋼板卷制，直徑約60cm,鍋口后半部裝有擋葉罩板，中部裝有主軸，主軸兩端通過放射形撐桿裝有4塊長板形炒手，炒板上敷有彈層。炒葉板由主軸帶動可實現(xiàn)對鍋內(nèi)加工葉的翻炒，由于主軸兩端彈性裝在機架上并在凸輪軌道的控制下，使得炒葉板通過鍋底時與鍋壁間隙最小，從而實現(xiàn)加壓;為了使加壓更有效，同時還設(shè)有腳踏板，當(dāng)踩下踏板后通過連桿使整個主軸和炒葉板部件向下，炒葉板便對加工葉施以重壓并使其在鍋壁上產(chǎn)生一定滑動，起到磨光作用。鍋的下方裝有熱源裝置，使用溫控儀調(diào)控鍋溫。
3.1.1系統(tǒng)的組成
炒制機由曲線形炒茶鍋、機架、熱源、炒手、加壓裝置、傳動結(jié)構(gòu)和微電腦控制系統(tǒng)等機構(gòu)組成，曲線形炒茶鍋以薄鋼飯沖壓而成。機架山角鋼焊接，外裝護板，炒茶鍋、熱源、傳動機構(gòu)、加壓裝置都裝在機架。熱源采用電熱管加熱，設(shè)置在炒茶鍋下部，以硅藻上保溫材料一隔熱，通過微電腦控溫系統(tǒng)的溫控設(shè)置，直接對鍋體加溫、炒手由炒板和劃桿組成。劃竿是一塊直線形鋼片，一端折邊，與炒板一起聯(lián)結(jié)在炒葉鍋內(nèi)部的炒動軸和凸輪上。傳動機構(gòu)山電機,V帶、鏈輪、減速箱組成，帶動傳動軸，使炒乎在凸輪軌跡上順時針運轉(zhuǎn)。
3.1.2系統(tǒng)優(yōu)點
茶炒制機結(jié)構(gòu)較為簡單、易于操作，使用得當(dāng)情況下炒制的龍井茶和扁茶品質(zhì)較好，加上機器加工制造技術(shù)也較簡單，成本也比較低而且能對舊機器進行改造。
3.2控制系統(tǒng)的工作步驟
炒手在微電腦控制系統(tǒng)的調(diào)控下，形成二種不同的炒制方式：第1種是炒板在鍋內(nèi)塌炒一下，翻炒一下；第2種是炒板在鍋內(nèi)塌炒一下，翻炒一下；第3種是炒板在鍋內(nèi)塌炒一下，翻炒一下。因此，產(chǎn)生不同的炒制效果。加壓裝置采用手調(diào)和腳踏相結(jié)合，其連桿聯(lián)接凸輪，通過調(diào)整凸輪的位置，使加壓的輕重效果不同，加壓輕重程度由機架上的導(dǎo)桿顯小。
炒制機作業(yè)時，熱源對炒葉鍋加熱，開動電機，傳動機構(gòu)帶動傳動軸，使炒手在凸輪軌跡上作順時運轉(zhuǎn)。在適宜溫度控制下，將鮮葉均勻投入炒茶鍋內(nèi)，隨著炒板和劃竿運轉(zhuǎn)，并通過鍋壁的高溫炒制，加上葉的酶活性很快被破壞，完成殺青上序。加上葉在炒制過程中，由于炒葉板、劃竿的特殊結(jié)構(gòu)與炒茶鍋的有機結(jié)合，加上葉能夠沿軸向順序排列，被不斷翻炒卷緊，得以殺青、理條。當(dāng)殺青葉理條到一定程度，可用控制力式進行炒制，直至完成青鍋作業(yè)。青鍋葉攤涼回潮，使茶條水分分布均勻。攤涼結(jié)束，將青鍋葉兩鍋的量投入一鍋，繼續(xù)翻炒理條，待茶條回軟時理條結(jié)束，加重炒手，采用適宜調(diào)控方式進行炒制，在不同力的作用下，使加上葉在干燥的同時使茶條變得扁平光滑，直到全部成形，完成龍井茶個程加上。為了適應(yīng)不同炒制階段的上藝需要，微電腦控制扁形茶炒制機設(shè)置不同的炒制力式和路徑，使炒板的炒制動作可按加上葉進程變化需要靈活調(diào)控掌握;同時，微電腦控制系統(tǒng)可根據(jù)炒制過程中鍋溫需要靈活調(diào)控電熱管開關(guān)，保證加上葉質(zhì)量。
3.3單片機對溫度傳感器的控制過程
溫度傳感器
單片機
放大器及放大電路
A/D轉(zhuǎn)換器及電路
圖（3）單片機控制溫度傳感器的框圖
3.3.1溫度傳感器的概述
近百年來溫度傳感器的發(fā)展大致分為三個階段：
1、傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件），主要是能夠進行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。
2、模擬集成溫度傳感器/控制器。
3、智能溫度傳感器。
目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式想數(shù)字式、集成化向智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。
①分立式溫度傳感器
②模擬集成溫度傳感器
③模擬集成溫度控制器
④智能溫度傳感器
⑤智能溫度控制器
3.3.2溫度信號測量
溫度信號測量由三端穩(wěn)壓器VR時（被測電壓輸入絕對值大于參考電壓），OR端輸出低電平
19~16
DS1~DS4
多路選通脈沖輸出端。DS1對應(yīng)千位，DS4對應(yīng)個位。每個選脈沖寬度為18個時鐘周期，兩個相鄰脈沖之間間隔為2個時鐘周期
20~23
Q0~Q3
BCD碼數(shù)據(jù)輸出線，其中Q0為最低位，Q3為最高位。當(dāng)DS2、DS3和DS4選通期間，輸出三位完整的BCD碼，即0~9十個數(shù)字中任何一個都可以。但在DS1選通期間，Q0~Q3除了表示千位的0或1外，還表示了轉(zhuǎn)換值的正負極性和欠量程還是過量程
24
VDD
正電源端。典型值為+5V
5G14433功能框圖
圖（12）5G14433的功能框圖
二、極限參數(shù)
電源電壓：-0.8V~+18V；
任意端輸入電壓：-0.5V~（VDD+0.5V）；
任何端最大允許電流：10mA；
存儲溫度：-65℃~+150℃。
三、推薦工作狀態(tài)
表3-4 工作狀態(tài)表
參數(shù)名稱
符號
最小值
典型值
最大值
單位
電源電壓
VDD
-5
+5
V
模擬輸入電壓
Vx
-2
+2
V
電源電流
IDD
-2
+2
mA
時鐘頻率
fLCK
60
kHz
工作溫度
TA
-40
+85
℃
參考電壓
VR
0.2
2.0
V
四、應(yīng)用信息
盡管5G14433外部連接元件很少，但為使其工作于最佳狀態(tài)，也必須注意外部電路的連接和外接元件的選擇，其實際連接電路如圖所示。為了提高電源抗干擾的能力，正，負電源分別通過去耦電容0.047uF、.0.02uF與Vss（VAG）相連。圖中DU端和EOC端短接，以選擇連續(xù)轉(zhuǎn)換方式，使每一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果都輸出。
圖（13）5G14433的外部連接電路圖
當(dāng)C1=0.1uF，VDD=5V，fCLK=66KHz時，若Vxmax=+2V，則R1=480KΩ；若Vxmax=+200mV，則R1=28KΩ。外接失調(diào)補償電容固定為0.1uF。外接時鐘電阻Rc=470 KΩ時，fLCK≈66KHz;當(dāng)Rc=200KΩ時，fLCK=140KHz。實際電路中一般取Rc=300 KΩ。
第四章 單片機系統(tǒng)的擴展
4.1系統(tǒng)擴展概述
MCS—51系列單片機的功能較強，從一定意義上說，一塊單片機就相當(dāng)于一臺單片機的功能。這就使得在智能儀器、儀表、小型檢測及控制系統(tǒng)、家用電器中可直接應(yīng)用單片機而不必再擴展外圍芯片，使用極為方便。但對于一些較大的應(yīng)用系統(tǒng)來說，單片機片內(nèi)所具有的功能將顯得不足，這時就必須在片外連接一些外圍芯片。這些外圍芯片，既可能是存儲器芯片，也可能是輸入/輸出接口芯片。
一、系統(tǒng)的擴展一般有以下幾方面的內(nèi)容：
①外部程序存儲器的擴展；
②外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展；
③輸入/輸出接口的擴展；
④管理功能器件的擴展（如定時/計數(shù)器、鍵盤/顯示器、中斷優(yōu)先編碼等）。
二、系統(tǒng)擴展的基本方法：
1、使用TTL中小規(guī)模集成電路進行擴展。這是一種常用的簡單擴展方法。根據(jù)微機系統(tǒng)與總線相連應(yīng)符合“輸出鎖存、輸入三態(tài)”的原則，可以選用TTL鎖存器作為輸出口，三態(tài)門作為輸入口。例如，可以采用74LS273、74LS373、8282、8283等器件作為具有鎖存功能的輸出口。選用8282、8287、74LS244、74LS245等器件作為三態(tài)輸入口。也可以采用D觸發(fā)器、R—S觸發(fā)器作為外設(shè)與CPU間通信的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)控制電路。這種擴展方法適用于較簡單的擴展系統(tǒng)。
2、采用Intel MCS—80/85微處理器外圍芯片來擴展。由于Intel公司在研制單片機時使其具有MCS—80/85的總線標(biāo)準，從而可以用MCS—80/85系列的外圍芯片來擴展MCS—51單片機系統(tǒng)。
3、采用為MCS—48系列單片機設(shè)計的一些外圍芯片，其中許多芯片可直接與MCS—51系列單片機選用。
4、采用與MCS—80/85外圍芯片兼容的其它一些通用標(biāo)準芯片。
圖（14）單片機溫度控制系統(tǒng)的總體框圖
4.1.1常用擴展器件簡介
一、總線驅(qū)動器74LS244
總線驅(qū)動器74LS244經(jīng)常用作三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，74LS244為單向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，而74LS244為雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器。單向的內(nèi)部有8個三態(tài)驅(qū)動器，分成兩組，分別由控制端1G和2G控制；雙向的有16個三態(tài)驅(qū)動器，每個方向8個。在控制端G有效時（G為低電平），由DIR端控制驅(qū)動方向；DIR為“1”時方向從左到右（輸出允許），DIR為“0”時方向從右到左（輸入允許）。74LS244的引腳如圖（15）所示。
圖（15）74LS244的引腳
二、地址鎖存器74LS373
74LS373是一種帶輸出三態(tài)門的8D鎖存器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖（16）所示。
圖（16）74LS373的結(jié)構(gòu)圖
其中：
1D～8D為8個輸入端。
1Q～8Q為8個輸出端。
G為數(shù)據(jù)打入端:當(dāng)G為“1”時,鎖存器輸出端狀態(tài)(1Q～8Q)同輸入狀態(tài)(1D～8D)；當(dāng)G由“1”變“0”時,數(shù)據(jù)打入鎖存器中。
OE為輸出允許端;當(dāng)OE＝0時,三態(tài)門打開;當(dāng)OE＝1時,三態(tài)門關(guān)閉,輸出呈高阻。
在MCS－51單片機系統(tǒng)中,經(jīng)常采用74LS373作為地址鎖存器使用,其連接方法如圖（17）所示。其中輸入端１Ｄ～８Ｄ接至單片機的Ｐ０口，輸出端１Ｑ～８Ｑ提供的是地址的低８位，Ｇ端接至單片機的地址鎖存器信號ＡＬＥ。輸出允許端OE接地表示輸出三態(tài)門一直打開。
圖（17）74LS373的結(jié)構(gòu)圖
4.2存儲器的擴展
4.2.1程序存儲器的擴展
半導(dǎo)體存儲器分為隨機存取存儲器（Random Access Memory）和只讀存儲器（Read Only Memory）兩大類，前者主要用于存放數(shù)據(jù)，后者主要用于存放程序。只讀存儲器的特點是信息一旦寫入之后就不能隨意跟更改，特別是不能在程序運行過程中寫入新的內(nèi)容，而只能讀出其中的內(nèi)容，故稱之為只讀存儲器；只讀存儲器的另一個特點是斷電以后信息不會消失，能夠長久保存。
只讀存儲器是由MOS管陣列構(gòu)成的，以MOS管的接通或斷開來存儲二進制信息。按照程序要求確定ROM存儲陣列中各MOS管狀態(tài)的過程叫做ROM編程。根據(jù)編程方式的不同，ROM可分為以下3種：
1、掩摸ROM 2、可編程ROM（PROM）3、可擦除ROM（EPROM或E2PROM）
一、 EPROM2764簡介
1、2764的引腳
自從EPROM276芯片被逐漸淘汰后，目前比較廣泛采用的是2764芯片為雙列直插式28引腳的標(biāo)準芯片，容量為8K×8位，其管角如圖（18）所示。
圖（18）2764的引腳
其中：
A12～A0：13位地址線。
D7～D0：8位數(shù)據(jù)線。
CE：片選信號，低電平有效。
OE：輸出允許信號，當(dāng)OE=0時，輸出緩沖器打開，被尋址單元的內(nèi)容才能被賣出。
Vpp：編程電源，當(dāng)芯片編程時，該端加上編程電壓（+25V或+12V）；正常使用時，該端加+5V電源。（NC為不用的管腳）。
2、 2764的工作時序
2764在使用時，只能將其所存儲的內(nèi)容讀出，其過程與RAM的讀出十分類似。即首先送出要讀出的單元地址，然后使CE和OE均有效（低電平），則在芯片的D0~D7數(shù)據(jù)線上就可以輸出要讀出的內(nèi)容。其過程的時序關(guān)系如圖（19）所示。
圖（19）時序圖
EPROM的一個重要特點就是在于它可以反復(fù)擦除，即在其存儲的內(nèi)容擦除后可通過編程（重
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