毕业设计(论文)-焦炉压力自动控制系统.doc
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1、 毕业设计说明书(论文)学生姓名: 学 号: 学 院: 专 业: 电气工程及其自动化 题 目: 焦炉压力自动控制系统 指导教师: 评阅教师: 2006年6月 毕业设计说明书(论文)中文摘要详细介绍了压力传感器的原理应用及分类,描述了压力传感器在焦炉压力监测方面的应用及具体的电路设计。把焦炉气压转换为电压,通过电压值的大小间接地测量气压值的大小。在实验教学和科学研究中,对多路信号进行检测、分析、控制要用到多踪存储示波器,而示波器的价格昂贵,所以这里以AT89S51单片机为核心,采用并行8位0809ADC芯片作为A/D转换器,组成了数据采集电路。为了在人机对话设计中降低硬件成本,节约单片机的I/O
2、口资源,通过串行动态扫描,即位码和段码交替发送的发送方式设计了显示模块。这种显示方法简单实用,具有良好的功能。通过单片机软件编程控制电机的正反转,从而控制进风进料阀门的开度,最终达到压力的自动调节与控制。为了安全起见,在压力控制过程中加进了自动报警电路,实现了压力自动控制的安全进行。关键词 传感器 AT89S51 ADC0809 74LS164毕业设计说明书(论文)外文摘要Title The Control System of Cokery Automatic Pressure AbstractIt introduces the principle applications and sort
3、of the pressure transducer,and it describes the applications as well as the concretethe circuit design about cokery pressure monitoring survey of the pressure transducer.It can change the cokery gas pressure into voltage,and measure the value of air pressure indirectly through the magnitude of volta
4、ge.Either in the experiment or in the scientific studies,we should use more traces storage oscillograph.Though the oscillographic is so expensive, here with AT89S51 singlechip as the core,we adopt paralleling 8-bit 0809ADC chip as A / D convertor to made up of data gathering circuit. In order to red
5、uce the hardware cost in operator-computer interactive communication and save the I / O resources of the singlechip,we design the display module through serially dynamic scan,which adopts the transmit mode of the bit code sending and the segment code sending alternately.Such kind of explicit method
6、is simplicit and useful,and it is in possession of benign function.It regulates positive and negative shift of the electrical machine , consequently it can regulates the angle of divergence of inletair fill valve and reliaze self-regulation and control of pressure.For the sake of security,it adds up
7、 to the autoalarm circuit in the procedure of pressure control to ensure the security of the automatic pressure control.keywords pressure sensor AT89S51 ADC0809 74LS164目 录1 引言12软件的介绍32.1 Protel软件的介绍32.2 PROTEL99的组成32.3 PROTEL99软件的优点33 传感器53.1 传感器的定义及分类 53.2传感器的作用53.3传感器系统63.4传感器的一般特性 63.5传感器技术发展的一般趋
8、势73.6 压力传感器的调理放大电路74 单片机与A/D转换芯片的介绍114.1 单片机的定义及分类114.2 A/D转换芯片的介绍154.3 AT89S51 单片机与ADC0809 模数转换器的三种典型连接194.4 本设计采用的连接方法235 外围电路的设计与介绍245.1 键盘的介绍245.2 显示电路的设计与介绍255.3 控制电路及报警电路的设计296 软件设计部分326.1 压力自动控制系统的主流程图及程序设计326.2 键盘流程图及程序设计346.3 显示部分程序设计36结论38致谢39参考文献40附录A 程序设计42 附录B 硬件原理图521 引言 燃气焦炉在我国大量存在并发挥
9、着重要作用。燃气焦炉是一个具有较大纯迟延和容量迟延特性的控制对象,而且其燃料量难以准确测量,因此燃气焦炉控制的难点在于燃烧系统的控制。目前已提出将模糊控制技术和Smith预估控制器应用在主蒸汽压力控制系统中,能较好的改善控制品质 。然而模糊控制器设计的难点在于规则库的建立,随着输入变量个数和所定义的语言变量数目的增加,规则库的规模将大幅度扩大,使得推理计算复杂,花费时间多,很难做到真正的实时控制。焦炉燃烧过程控制系统一般包括2 个子控制系统,即燃料控制系统、送风控制系统。燃料控制系统通过调节燃料量,使其与负荷相适应,从而维持主蒸汽压力。送风控制系统通过调节送风量,保持空燃比,使燃烧更经济。燃料
10、控制系统在焦炉压力自动控制系统中起着至关重要的作用,因此我们主要讨论这个子系统。燃气焦炉的燃烧系统整个过程可分为燃气的输送过程、燃气的燃烧过程、和蒸汽形成过程。由于主蒸汽压力对象的动态特性具有较大的纯迟延和惯性,目前已提出将灵敏度传感器和单片机硬件设计及软件编程应用在燃料燃烧控制系统中,能较好的实现焦炉压力的自动控制。 传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙探索到海洋开发;从生产过程的控制到现代文明生活,几乎每一项现代科学技术都离不开传感器,因此,传感器技术发展速度十分惊人,在我们的现实生产和生活中起着不可忽视的作用。在工业生产过程中,传感器采集各种信息,起到工业耳目的作用。传
11、感器有敏感元件和转换元件组成。它能够将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号。从而达到间接测量被测量的目的。MCS-51系列单片机由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉等优点,在我国已经得到广泛应用,在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化、机电设备过程控制、家用电器和数据处理等方面取得的令人瞩目的成果。本课题就是应用单片机的这些优点通过对传感器输出信号的采集和控制来实现焦炉压力的自动调节。这种控制方法能够使燃料达到合理的配置,从而把焦炉的压力控制在预定的范围内。报警电路的设计使得焦炉压力自动控制系统更安全的运行。显示电路的设计使我们更容易观察到焦炉的
12、运行状况,保证焦炉的正常生产,以及延长其寿命。焦炉压力自动控制系统在整个机组中占有十分重要的地位。深入研究焦炉压力自动控制系统的动静态特性一直以来都是国内外学者的重要研究方向,并且至今仍十分活跃。研究焦炉压力控制系统的动态特性,有助于了解焦炉乃至整个机组的动态特性,为焦炉性能分析、运行优化、故障诊断提供必要的依据。2 软件的介绍2.1 Protel软件的介绍Protel是国内最流行、使用最广的一套电子设计自动化软件, 简称EDA软件(Electronic Design Automatic ) , 由澳大利亚Protelinternational Pty Ltd开发,主要用于电路原理图和印刷电路
13、板的设计。它的前身是1987年美国ACCEL Technologies公司推出的第一个应用于电子线路设计的软件包Tango。自此电子设计自动化技术进入了一个崭新的时代。随后Protel公司推出了Protel for DOS作为TANGO的升级版本。随着Windows的出现,Protel公司1991年推出了第一套基于Windows的Protel for Windows1.0,紧接着Windows95出现后,Protel公司推出了Protel 3.x,1998年又推出了Protel98;1999年推出了protel99。2.2 PROTEL99的组成a)原理图设计系统主要用于电路原理图的设计,为印
14、制电路板的设计打下基础。b)印制电路板设计系统主要用于印制电路板的设计,并最终完成其成品生产。2.3 PROTEL99软件的优点在绘制原理图及印制板图时,有些元件在PROTEL自带的元件库中很难找到或根本没有作为一个工程技术人员和无线电爱好者来说,建立一个自己的元件库将显得尤为重要。PROTEL99对单层/ 双层电路板的原理图及PCB 图的开发设计很适合,而对于布线复杂,元件较多的四层及六层板来说OrCAD 更有优势。但在电路系统仿真方面,Pspice 可以说独具特色,是其他软件无法比拟的。它的主要优点体现在:a) 操作简单、易学。Pspice 6. 0 以上版本全部采用菜单式结构,只要熟悉W
15、indows 操作系统就很容易学,利用鼠标和键盘热键一起操作,工作效率会更高。即使没有参考书,用户只要具备一定的英语基础就可以通过实际操作很快掌握该软件。b) 实用性强、仿真效果好。如果用Protel 等软件仿真时,仿真的过程十分繁琐。而且在改变一个参数时,哪怕是一个电阻阻值的大小都需要重新建立网络表的连接,设置其他参数更为复杂。在Pspice 中这种仿真是很容易实现的,它只需存一次盘、创建一次连接表,就能实现一个复杂电路的仿真。c) Pspice 仿真系统中还为用户提供了极其方便的节点访问,用户只要在需要观测的节点处标上节点号,在仿真图中便可观测到它的“电压(或电流)2时间”图。在仿真结果图
16、中不仅为用户提供了诸如:加、减、乘、除等基本的数学运算,还提供了正弦、余弦、绝对值、对数、指数、平方差等基本的函数运算,这是其他仿真软件所无法提供的。另外,Pspice 还为仿真图提供了添加窗口、叠加图形、保存和打印图形的功能。这些功能给科技工作者提供了在论文中制作所需波形图的一种简捷的方法。3 传感器3.1 传感器的定义及分类3.1.1 传感器的定义传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等), 按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成,有时还需外加辅助电源。传感器的组成如图3.1所示。测量电路敏感元件转换元
17、件辅助电路物理量电量 图3.1 传感器组成的方框图3.1.2 传感器的分类传感器主要按其工作原理和被测量来分。传感器按其敏感的工作原理,一般可分为物理型、化学行和生物行三大类。而物理型传感器又可以分为结构行和物性行传感器。按传感器的被测量输入信号分类,可分为温度、压力、流量、物位、加速度、速度、位移转速、力矩、湿度、粘度、浓度等传感器。压力传感器按用途分类主要是压力监视、压力测量和压力控制及转换成其他量的测量。按供电方式分为压阻型和压电型传感器,前者是被动供电的,需要有外电源;后者是传感器自身产生电荷,不需要外加电源。根据不同领域对压力测量的精度不同分为低精度和高精度的压力传感器。3.2 传感
18、器的作用传感器的作用就是测量。没有传感器就不能实现测量也就没有科学技术。它主要表现在以下几个方面:a) 信息的收集在工业生产中,传感器采集各种信息,起到工业耳目的作用。b) 信息数据的转换把以文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信号数据转换成计算机、传真机等易处理的信号数据,或者读出记录在各种媒体介质上的信息并进行转换。c) 控制信息的采集检测控制系统处于某种状态的信息,并由此控制系统的状态,或者跟踪系统变化的目标值。3.3 传感器系统传感器系统是由检测部分、信号处理部分、数据格式化处理部分组成。检测部分是由信号源、采样电路、信号处理电路、敏感元件组成。信号处理部分能放大检测信号
19、,消除噪声,进行温度等各种类型的补偿,与设定值进行比较,能变换成精确的数据。必要时要进行模/数转换,转换成为易处理的数字信号。远距离传输时,还要进行信号传输处理。数据格式化处理是由计算机把获得的数据进行加工整理成规格化数据,便于对结果进行分析与判断。3.4 传感器的一般特性 传感器特性是指传感器的输出信号与输入信号之间的关系特性,这是传感器最重要的特性,传感器的输入量和输出量都是传感器的外部量,这种描述方法称外部描述法,也称传感器的外特性。传感器的外特性由传感器各信号传递环节的结构形式和结构参数决定。设计传感器必须在已知输入条件和已知输出要求的条件下进行。因此,传感器的特性是传感器电路分析的目
20、标与传感器电路设计的依据。a)静态特性:传感器的静态特性是在静态条件下,传感器的输出量与输入量之间的关系特性。静特性亦稳态特性。在稳定的条件下,当输入量不随时间变化时,输出量亦不随时间变化。因此静态特性是稳定条件下的输出输入关系特性。衡量传感器静态特性优略程度的最重要指标是线性度、灵敏度、精确度和重复性等。b)动态特性:传感器系统实际上是一随动系统。动态特性反映传感器输出信号跟踪输入信号变化的响应能力和特性。如果输出信号不能及时跟踪输入信号的变化而变化,则将产生动态误差。衡量传感器动态特性优略程度的最重要指标是响应速度和响应精度(即动态误差)。研究传感器动态特性的目的在于设计动态矫正电路。研究
21、动态特性的最好方法是根据传感器的数学模型研究其动态响应特性。3.5 传感器技术发展的主要趋势传感器技术研究领域虽然十分广泛,但其发展方向可归纳为以下主要趋势:a) 小型化小型化会带来更多的好处,重量轻、体积小、分辨率高,便于安装在很小的地方。对周围环境器件影响小,也利于微型仪器、仪表的配套使用。如美国的Ent ran 公司的量程2 - 500PSI 产品,直径仅为1127mm ,可以置于人体血管测量有关参数而不会对血液的流通产生大的影响。b) 集成化可以利用现有的生产工艺和成熟的集成技术,把电路与传感器制作在一体。减少工艺流程以降低生产成本,而且不易损坏。c) 智能化由于集成化的出现,在集成电
22、路部分制作一些微处理机,使得其具有“记忆”、“思维”、“判断”、“处理”的能力。目前,智能化传感器产品发展最快,它将成为传感器市场的主流。d) 系列化单一化产品在市场上没有大的竞争力和长久的生命力。市场风云突变,一旦失去市场,发展则停滞不前,经济效益差,资金浪费大,产品成本高。 e) 标准化传感器技术已形成标准化。如IES、ISO 国际标准;美国ANSIC、ANSC、MIL T 和ASTME 标准;日本J IS 标准;法国DIN 标准;原苏联TOCT 及YTO 标准。3.6 压力传感器的调理放大电路 常用的压力传感器信号处理有两种方法: 第一种 将信号转变为电压信号; 第二种将压力传感器信号转
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