张铁刚--1209624009--自动化--反应釜温度控制系统设计

1、南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文）学院（系）： 电子与电气工程学院专 业： 自动化 学 生： 张铁刚 指导教师： 尹应鹏 完成日期 2014年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）反应釜温度控制系统设计Design of Reactor Temperature Controlling System 总计：毕业设计（论文）25页表格：6个公式：3个 插图：24幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）反应釜温度控制系统设计 Design of Reactor Temperature Controlling System 学 院： 电子与电气工程学院 专 业： 自动化

2、 学 生 姓 名： 张铁刚 学 号： 1209624009 指 导 教 师： 尹应鹏 （导师） 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院 Nanyang Institute of Technology 反应釜温度控制系统设计反应釜温度控制系统设计 自动化 张铁刚摘 要 本设计以STC公司生产的8位STC89C52单片机为硬件核心处理器,首先，通过PT100热电阻型传感器采集反应釜内温度值,然后再通过使用双向积分型A/D模数转化器TLC7135将脉冲信号经过标度转化为单片机可处理的脉冲频率信号送给STC单片机处理，并通过液晶显示模块LCD1602显示电压值、脉冲值及温度参数值等信息。设计

3、流程结构上采用模块化分割设计，先将各个模块设计出来再通过主程序调用各个模块，具有可读性好，移植性强，便于发现解决问题。关键词 单片机；PT100；LCD1602Design of Reactor Temperature Controlling System Automation Specialty Zhang Tie-gangAbstract:Hold this design by famous STC companys eight STC89C52 single-chip microcomputer as the hardware core processor,first of all, t

4、hrough the thermal resistance PT100 temperature sensor acquisition in the reaction kettle,and then through the use of double integral type A/D module converter TLC7135 pulse signal through scale into pulse frequency signal to microcontroller can pick up on STC microcontroller processing,and through

5、LCD1602 LCD module display the voltage value,pulse and temperature parameter values and other information.Modular division is used to design structure of design process, first the various modules designed by the main program calls each module, has a good readability, portability, easy to find and so

6、lve the problem.Key words：STC89C52; PT100; LCD1602目 录1 引言12 系统的总体方案设计22.1 方案比较22.2 控制系统总体设计32.3 温度控制系统总体方框流程42.4反应釜控制总体流程设计42.5 系统软件总体设计53 温度控制系统硬件设计53.1 温度控制系统硬件设计原则53.2 微处理器应用63.3 A/D模数据转换设计73.3 温度检测模块设计83.5 操作界面93.6 液晶显示单元设计103.7 按键电路设计113.8 数据保护电路设计123.9 驱动控制部分133.10 电加热型反应釜134 温度控制系统软件设计144.1软件

7、设计概述144.2 按键模块设计144.3 液晶显示模块设计154.4 主控制器模块软件设计165 系统的调试运行结果及分析195.1系统调试195.2系统运行结果19结束语22参考文献23附录24致谢25 II1 引言反应釜广泛应用于染料、医药、石油化工及大专院校隶属的科研单位，凭借它优良的密封性克服了机械密封和填料密封无法解决的泄漏问题，是易燃、易爆、剧毒、贵重等物质加温、加压搅拌反应的理想设备容器，也是目前市场上最理想最流行的无泄漏反应装置2。上世纪四十年代以前,反应釜的生产绝大多数处于刚刚起步阶段,更多的还是沿用传统的压力表、温度计等仪器仪表类设备，操作工人主要是根据反映物质主要工艺参

8、数的仪表指示情况,用来改变化学反应条件,生产过程完全依赖于经验和手工操作进行,不仅操作的劳动强度大,控制精度不高,而且一旦发生操作失误，极容易引发安全事故的发生2。随着计算机和电子技术的迅猛发展，传统的化工过程监控方法也面临了前所未有的冲击,许多的人开始把目光转向研究各种反应釜的自动控制装置。从七十年代以来,国外温度控制系统发展迅速并在智能化自适应参数自整定领域取得显著突破性成果,并且制造出了一大批适合市场要求的商品化性能优异的温度控制器设施及仪器仪表,温度控制系统及仪器仪表正以高精度智能化、小型化等方向快速发展3。温度控制系统在国内的各行各业的应用虽已十分广泛，但从国内生产的温度控制器来看总

9、体发展状态来看仍然处于初级阶段，与同时期国外先进国家相比仍然有着较大差距。我国在这方面总体技术水平处于二十世纪八十年代中后期水准状况，成果产品主要以点位控制及常规的PID控制器为主打，仅仅只能适用于常规系统控制难于控制滞后复杂时变的温度系统控制为主2。踏入21世纪以后智能温度控制器正以多功能、高精度、高可靠性、总线标准化及安全性等方向快速发展。 近年来，多种控制方式如雨后春笋应运而生，如：PID控制、神经网络、模糊控制及遗传算法控制等各种先进控制理论3。这些技术提升了控制控制系统的精度，不仅使控制变得越来越简便，而且使产品的质量更好，同时也大大的降低成本，提高生产效率，但是，高昂的设备投资成本

10、费用，仍然让许多中小企业望而却步3。单片微型计算机的功能不断增强，提供了许多行之有效的先进的控制算法，许多高性能的新型机种得到应用，尤其是单片机，依据其特性优点成为自动化控制领域中的重要器件。在自能控制系统领域中，单片机占据着不可或缺的地位，比如：用于自能玩具的生产开发，家用电器的智能化以及商务应用，甚至部分军事应用。在我们的生活中无处不在的使用单片机及以此为基础的延生的各种控制芯片。伴随着社会的进步，人类生活的智能化及生活观念的进步提高，人们对工业智能化的需求也越来大，迫切需要不断进步提升，而单片机恰恰能够满足人们这一愿望，尤其是对于要求精度不是太高且成本较低的情况。自能控制领域低成本、多功

11、能、智能化将是未来其发展的重要方向。同样，反应釜的智能控制也将是其未来发展的重要方向。2 系统的总体方案设计2.1 方案比较从目前流行的控制方法而言，重要的控制理论有以下几类：（1）比较控制法：其定义就是通过比较当前参数与设定参数值之间的关系，进行指令输出控制，如果当前参数值比设定参数值高，则相应操作；同理，如当前参数值比设定参数值低，则同样做出设定操作控制1。这种比较温度控制方法比较容易理解，也很容易能够实。国内许多企业就是使用的这种简单易懂的传统方式。同样，这种控制方式也有其天生的弊端，例如：控制精度低、无法解决滞后和延问题，无法胜任高精度要求，只适用于低精度要求的生产。 （2）PID控制

12、法：1922年Minorsky发表了关于比例积分微分（PID，Proportional Integral Differential）控制器的设计方法文章，标志着PID控制方法的产生1。此后，PID控制方法依其优异的特性很快被运用到各行各业中。PID理论进入了黄金时期。在解决人们需要问题的同时，自身也得到了迅速发展。现在PID更加完善、更加可靠稳定、使用也更加简单普及、更加适合带有滞后的延时等特点的控制系统中去。然而，同比较控制方法一样也有天生的缺陷不足，例如：在面度滞后温度问题时候能过很好的解决它，但是在面度非线性问题时候，却无能为力，对于时变问题也是力不从心，甚至，对大滞后问题也是爱莫能助，

13、因此就需要一种更加完美的控制方法，既要解决提高精度要求，同时也要解决滞后性和非线性及延时问题1。 （3）智能温控方法：1971年傅京孙教授提出并发表了智能控制系统（Intelligent Control Systems）。在IEEE控制学术讨论会上智能控制原理及以智能控制系统结构为主题的会议标志着智能控制方法的诞生1。在随后的几十年里，大量科学巨人把目光投向了这个刚出生的太阳，还有政府巨额资金的支持及社会企业的拥戴，智能控制理论得到迅猛发展，产生了一大批控制理论1。例如：模糊控制、神经网络控制、自适应控制等等。已经成为控制领域的前沿学科，被广泛的应用到各个方面。虽然智能控制有很多特点是现行最理

14、想的控制方案，然而，其价格却是很昂贵理论要求高、技术尖端、对工作人员的素也要求也很高且投资成本过高等原因，使很多中小型企业望洋兴叹。该设计是以单片机作为核心处理器的温度控制系，同时，其控制原理也同样适用于其他类型的反应釜系统的控制系统。选用STC公司的单片机为控制核心处理器芯片，使用继电器作为执行元件。工作人员可以从键盘设定被控温度上限及温度下限等参数，按下运行键后，系统将进入自动工作状态，当超出设定状态时，有报警器提醒工作人员并自动停止加热等智能处理，具有投资成本小、改装方便、易于操作与维护、对技术人员要求低、工作稳定等优点，特别适合中小型企业。究的反应釜温度控制设计：（l）在参数显示方面，

15、采用长沙太阳人生产的显示器LCD1602对系统参数进行显示，界面美观、操作方便。（2）在反应釜选择上，采用太康一诺医药化工容器有限公司生产的新一代电加热反应釜。（3）在功能上，具有手动设置温度上/下限值，通过手动按键设置温度上/下限值，如果被测釜内温度小于设定值时，则立即对反应釜加热，如果被测反应釜内温度大于设定值相则立即停止加热对反应釜加热。2.2 控制系统总体设计反应釜温度控制系统主要由主控制器电路模块和反应釜状态控制电路模块俩个部分组成体。 （l）主控制器模块主要由中央处理器STC89C52、矩阵按键、液晶显示LCD1602、数据保护等电路组成，如图1所示。 图1 主控制器总体电路图 （

16、2）反应釜状态控制电路模块 过使用中间继电器与控制单片机相连接，已达到控制继电器进而实现对控制对电源模块的有效控制，从而，控制反应釜的工作状态等，其电路图如图2所示。图2 反应釜状态控制电路2.3 温度控制系统总体方框流程主控制器模块主要由信息采集、信息处理和输出控制三部分构成。信号采集包括对反应釜的温度信号的采集和操作人员的按键信号的采集，信号处理是包括对采集系统信息参数的转化及其相应合理的处理，输出部分包括输出经过信息转化和变成处理后的结果及通过液晶显示出来的状态结果。主控制器在温度控制系统中起至关重要的作用是该温度控制系的核心。主控制器总体框图如图3所示。图3 主控制器总体框图2.4反应

17、釜控制总体流程设计加热输出控制电路的硬件总体框图如图4所示。 图4 反应釜加热控制电路的硬件总体框图2.5 系统软件总体设计软件方面设计中使用比较先进的模块化设计，模块化设计方法是指将系统总统的程序人为得分割为几个部分模块而不是一气呵成的完整体，使用一个主程序和若干个子程组成，通过主程序调用各个子程序1。这样既能保持思路的清晰性，也可以增加程序的可移植性，于快速查找错误漏洞。温度控制主控制器模块可以划分为以下几部分：（l）数据采集模块通过PT100热电阻性测温器件反应釜内温度信号测得并经过模拟量前向通道模块将温度信号转化为单片机可识别的数字信号。（2）数据处理模块当各个部分将其所需的温度信号采

18、集过后都送给单片机进行目的性处理，并输出相应的控制命令给各个执行部分，如继电器部分、液晶显示部分。（3）数据输出模块接收单片机处理过后的指令，输出给继电器模块控制反应釜工作状态和相应的显示模块，供操作者实时了解反应釜内状况和修改数据信息以便达到工作要求。（4）参数显示模块采用长沙太阳人生产的显示器LCD1602显示反应釜温度设定值和当前值参数。3 温度控制系统硬件设计3.1 温度控制系统硬件设计原则硬件电路的设计主要由中央处理器STC89C52、矩阵按键、液晶显示LCD1602、数据保护等电路组成。硬件是系统设计的基石，合理的硬件设计不但能够有效降低设计成本，而且，还能减少软件编程的难度1。本

19、温度控制系统在硬件设计上主要考虑以下几点： （1）硬件设计，首要的工作就是对微处理器的选择，既要满足温度控制任务的要求，又要不要增加设计成本。 （2）在电路设计方面，优先使用典型的电路，这样不但可以节约时间，降低设计难度，而且典型电路已经过大量检测，安全性、稳定性、可靠性更高不易出现事故。 （3）在外接驱动模块设计上，因为微处理器的驱动能力有限，所以，为其添加了一些必要的驱动电路模块帮助其能够正常工作。 （4）在处理硬件和软件方面的问题时，一些功能作用既可以使用硬件完成，又可以使用软件解决时，我们要需要综合考虑。例如：当采用硬件方法则会大大增加了硬件设施，增加了系统成本；如换用软件方法来解决，

20、将要导致CPU处理时间被大量占用，影响使用效率，因此，本控制系统在遇到此种情况时候，选择了即可以节省CPU占用率，又可以不过量增加系统设计成本的措施，即软件和硬件根据实际情况配合使用1。 3.2 微处理器应用微处理器是一个主控制器的最重要的核心数据处理器件，也是最重要的控制部分。在设计系统时，首当其冲是考虑选择何种数据处理器。市场上流行的微处理器品牌众多，然而在系统开发时应选择既能满足系统开发任务，又能把系统设计的成本及复杂度降到最低1。STC89C52单片机是宏晶科技公司推出的一代和传统8051单片机指令代码完全兼容，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash及6时钟/机器周期和12个时

21、钟/机器周期供用户选择等优点，使STC89C52甚受用户们的青睐，也是初学者常常首先学习接触和应用的芯片，所以，成为自动化控制应用系统领域中宠物。其实物图如图5和引脚图如图6所示1。 图5 STC实物图图6 STC89C522芯片引脚STC89C52单片机的主要功能有以下几方面。表1 STC89C52主要功能特性表兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash Rom32个双向I/O口2568bit内部RAM3个16位定时/计数器中断时钟频率0-24MHZ2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.3 A/D

22、模数据转换设计7135是采用CMOS制作工艺的单片4 1/2位A/D转换器，只要附加译码器，数码示器，驱动器及电阻电容等元件，就可组成一个满量程为2 V的数字电压表。7135主要特点如表2及其工作时序图如图6。表2 7135特性功能表主要特性功能7135实物图在每次A/D转换前，内部电路都自动进行调零操作在每次A/D转换前，内部电路都自动进行调零操作在2000字范围内，保证转换精度1字采用28外引线双列直插式封装输出电流典型值1 PA具有自动极性转换功能输出端和TTL电路相容输出为动态扫描BCD码提供六个输入,输出控制信号,因此除用于数字电压表外,还能与微处理器或其它控制电路连接使用有过量程和

23、欠量程标志信号输出，可用作自动量程转换的控制信号 图6 7135工作时序图3.3 温度检测模块设计PT100电阻式温度传感器是一种特殊物质材料做成的电阻器件,随温度的变化而发生阻值改变,它具有耐酸碱、不易变质，线性性能好的特点，在工农业中被广泛使用。PT100温度传感器就以铂(PT)为原料做成的电阻式温度传感器，其电阻和温度变化的关系式如公式（1）所示。 R=R0(1+T) （1）其中=0.00392,R0为100 (在0 的电阻值),T为摄氏温度，因此铂作成的电阻式温度传感器，又称为PT1001。其原理图及实物图8如下： 图8 PT100原理图及其实物图温度传感器PT100的技术指标及使用，

24、如表3。 表3 PT100的技术指标及使用测量范围：-200 +850 允通电流5 mA允许偏差值 ：A级（0.150.002 t）， B级（0.300.005 t）最小置入深度：热电阻的最小置入深度200 mm热响应时间30 sPT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点PT100温度传感器三根芯线的接法：PT100电阻传感器有三条引线,分别用黑、红、黄表示,他们的接线方法，三根线间两两之间的常温阻值为110 ，其中，有两根接线在内部是连接的。一根和其他不同的导线接一个固定的端子，另外两个导线可任意接在两个固定端子上8。这里我们选择使用三线制接法，他比二线制精度要高，又

25、比四线制设计难度及其制造成本要低。PT100的基本尺寸和接法及测温电路如9、10所示。 图9 基本尺寸及接法 图10 PT100热电阻测温电路图3.5 操作界面人机操作界面通常由人对控制系统的设定和控制系统向人提供必要信息组成。合理的操作界面设计可以让操作工程变得简单易学、高效、安全等。键盘常用于作为人交互的输入设备，LCD也是被常用作人机交互用的显示设备。这些模块设计成本较低、易于操作、稳定性要高，在生活中到处都有易于人们接收。操作界面设计 反应釜温度控制系统的操作面板主要由两部分构成。第一部分为输入设定参数操作，由分布在键盘上的三个按键组成，包括：“+”、“-”、和位选择键。第二部分为LC

26、D显示：采用长沙太阳人生产的液晶显示模块LCD1602来显示系统的各个参数。 主控制器面板的具体功能如下：（1）“选择”键：用以修改当前选定设定的参数位，当按 “选择”按键时，则光标移动到该选定位等待设定温度值，位数有个位和十位及百位，按照循环移动移动方式移动。（2）“+” 按键：用来对当前设定参数值进行加一运算，每操作一次“+”按键，则该选定位参数值升高1 。并通过显示器显示设定结果值。（3）“-” 按键：用来对当前设定参数值进行减一运算，每操作一次“-”，则改选定为参数值降低1 。同理，其结果也是由液晶显示器显示。3.6 液晶显示单元设计随着科学技术的不断进步，液晶显示器的质量和价格也在日

27、渐降低，液晶显示器已被广泛应用每一个领域内。本控制系统的显示部分就是采用LCD1602液晶显示设定温度、实际温度等参数。LCD液晶显示一般有三种常见规格:段式液晶、字符型液晶和图形点阵液晶1。本控制系统的主控制器面板选择字符型液晶显示作为用户操作界面。LCD1602采用标准的14引脚或16引脚接口，各引脚说明如表3及实物图11。表3 LCD1602液晶显示引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD正极性10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1

28、数据16BLK背光源负极 图11 1602液晶模块实物图 DDRAM就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码，共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如表4和DDRAM地址与显示位置的对应关系表5。表4 DDRAM地址显示位置123456740DDRAM地址第一行00H01H02H03H04H05H06H27H第二行40H41H42H43H44H45H46H67H表5 DDRAM地址与显示位置的对应关系000102030405060708090A0B0C0D0E0F404142434445464748494A4B4C4D4E4F3.7 按键电路设计按键的应用按键运用是单片机控制系统的一个重大进

29、步，是人和机器交流的重要媒介。人们通过键盘可以向机器输入目的要求参数。本控制系统使用常用的矩阵式键盘，具有操作方便、结构简单和成本低廉等特点1，用于实现LCD温度值的设定和显示。通常的按键为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，机械触点的弹性作用，使一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，为了避免这种现象的出现而采取的措施就是按键消抖，消抖方法有两大主流6，即硬件和软件消抖。硬件去抖在键数较少的情况下可采用硬件方法来达到消除键抖动。图12所示的RS触发器为常用的硬件去抖。由两个“与非”构成的RS 9，可以有效地解决抖动问题。

30、图12 硬件消抖原理图软件消抖如果按键较多，则用软件方法去抖更为合理，其原理是编写一个延时(510) ms的延时子程序，之后再次扫描检测，最后确定操作。软件消抖方法的实质是通过不断检测按键值，直至按键值稳定6。本文使用硬件和软件相结合的方法，既不增加程序的复杂度，又能节省设计成本，更适合控制系统的设计开发，按键消抖电路如图13所示。图13 具体按键消抖电路3.8 数据保护电路设计反应釜温度控制系统在每一次上电初始化之后，其参数都应该保存为上一次断电时的参数值，为实现这一个目的，选用了一个EEPROMAT24C02用于保护数据参数，它同时具备可电擦除编程只读存储器的功能1，AT24C02是一个2

31、 K位串CMOSEEPROM，内部包含有256个8位字节。 AT24C02特性如表6。表6 AT24C02引脚功能名称功能A0 A1 A2器件地址选择SDA串行数据/地址SCL串行时钟VCC1.8-6.OV工作电压GND地 WP 写保护AT24C02与单片机的接口电路如图14所示。图14 AT24C02与单片机接口电路3.9 驱动控制部分控制系统在加热输出部分采用ULN2003。ULN2800是高压大电流达林顿晶体管系列产品，具有电流增益高、工作电压高、带负载能力强等特点,适应于各种要求高速大功率驱动的系统中。ULN2003是单片机和继电器连接用于驱动继电器进而实现对继电器的控制，通过HK41

32、00F-DC5V-SHG继电器和电加热型反应釜相连接控制其加热开关状态，既起到了电气隔离的作用，又为操作人员提供了可靠地安全环境7。其引脚和实物图如图15。 图15 ULN2003芯片引脚图及其实物图3.10 电加热型反应釜电加热反应釜是在吸收国内外先进技术的基础上研制成功的新型产品，广泛地应用于食品医药、化工、建材、树脂等行业，具有卫生、加热迅速、耐高温、耐腐蚀、无环境污染、使用方便等特点。控制系统：配备相关的智能控制仪采集电机转速、釜内反应温度及压力等的数据采集和控制，具备操作简便、精度高、抗干扰能力强等特点。其特点如下： 1、不锈钢材质具有优良的机械性能，耐高压和承受块状固体物料加料时的

33、冲击。 2、耐热性能好，工作温度范围很广（-196至600度）。高温度下不会氧化起皮，可直接用于火加热。 3、具有良好的耐腐蚀性能，无生锈现象。 4、传热效果好，升温和降温速度较快。 5、具有良好的加工性能，可以按工艺要求制成各种不同形状和结构的反应釜，釜内壁可以打磨抛光，使之不挂料，便于清洗。 图16 反应釜结构图及其实物图4 温度控制系统软件设计软件设计是控制系统的大脑，合理的设计思路方式让有限的硬件发挥其最大潜力，也让程序编写难度降到最低。4.1软件设计概述控制系统的软件设计和硬件设计同等重要，是一个统一有机体，软件依赖于硬件以其为基础，硬件依靠软件来执行，能否最大程度挥依赖于软件的设计

34、。既要有良好的编程设计，又要有高效的程序编写。以此软件的设计采用模块化和高级语言制作，故本温度控制系统软件设计使用模块化的C语言编程10。其制分析制作步骤如下：（1）确定目标任务要求：根据任务明确系统需要完成的任务指标。（2）确定设计框图：按模块化结构设计将整体分割为几个模块，分别编写，然后再通过主程序将各个模块有机组合为统一体块。（3）编程语言：选择可读性好、移置性强的C语言来完成程序的编写。（4）程序优化：在满足要求功能的条件下，节减程序的长度，提高程序的执行效率，节省宝贵的存储资源。4.2 按键模块设计最简单的键盘为独立键盘，这种键盘的缺点，就是当键盘上的键较多时，引线太多，占用的I/O

35、端口也太多，所以只适于仅有几个键的小键盘。与独立式键盘相对应是矩阵键盘，矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组，它是通过分行分列的循环扫描来判断到底是哪个键被按下了。键盘扫描程序一般应具备以下四点功能：(1)判断按键是否有操作。其方法为列全部输出为低电平，然后读取行线的态，如果行为全高电平，则表示键盘操作；若不全为高电平，则表示有按键有操作。(2)去除键的抖动。通过延时5 ms到10 ms来达到消抖。 (3)求按键位置。根据前面介绍的键盘扫描方法，逐列逐行扫描，以确定被按下键的位置。 (4)调用功能处理程序，对按键进行处理。中断处理方式中，CPU响应中断请求后，转去执行中断服

36、务程序，在中断服务程序中确定键盘操作的键号，并相应的处理，方法与程序查询方式相同。键盘程序流程图及接线图如图17所示。 图17 键盘流程图及对应接线图图为4行4列键盘接法，共16个键。行线通过上拉电阻接+5V，平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，则对应的行和列短接，行线电平状态将由与此行相连的列电平决定。 4.3 液晶显示模块设计液晶显示的字码是通过在方格中依次连接所得，组成每一个字符，通过控制不同的像素通断显示不同的字符或数字。每个字符占据八个方格，十一个方格的高度，但并非每显示一个字符都要用十一行八列。液晶显屏不能够显示汉字，因为字符与汉字所占据的位数不同。在该温控系统

37、中，因为对显示的要求不是太大，只要显示数字就可以了，同时为降低开发成本，所以选用LCD1602。 主要技术参数：显示容量：216个字符。芯片工作电压：4.55.5 V。工作电流：2.0 mA。工作电压：5.0 V。字符尺寸：4.352.95（WH）mm。 通过以上的介绍，所画的LCD显示电路原理图如图18所示。图18 1602LCD显示接线图4.4 主控制器模块软件设计主控制器模块软件设计由数据采集和数据处理及控制输出三部分构成。数据采集是将PT100测得的釜内温度信号和键盘扫描得到的输入控制信号进行收集，数据处理是将采集来的温度信号以及按键信号按照程序设计功能要求执行，数据输出是将数据处理后

38、的信息输出给对应的执行器件进行控制操作1。主控制器模块程序及设计流程图如图18所示。void main() /主函数 Set_T=0; KEY_ADD=1; /按键置高电平KEY_DEC=1;init();LCD_Init();DelayMs(20); /延时LCD_Clear();/清屏int1_int();Init_Timer1();while(1) while(!P3_2); /启动定时器TR0=1; /启动定时器并开始计数TH0=0x00;TL0=0x00; while(P3_2); TR0=0; temp=TH0*256+TL0; TempData=(temp-10000)*0.51

39、2; T_Data=TempData; deal(T); WenDu(); key_scan();/调用计算温度子程序 Display_1(); Display_2(); DelayMs(115); dat4=(int)set_temp/255;dat5=(int)set_temp%255; dat6 = (int)temp/255; dat7 =(int)temp%255; dat8 = (int)kp*100/255; dat9 =(int)kp*100%255; dat10 = (int)ki*100/255; dat11 =(int)ki*100%255; dat12 = (int)k

40、d*100/255; dat13 =(int)kd*100%255; communication();初 始 化处理按键、显示设定值启动A/D转换数值处理显示实际温度比较设定温度值和实际温度值是否大于？加 热开 始停 止 图18 主控制器软件流程图5 系统的调试运行结果及分析5.1系统调试系统调试在控制系统研发过程属于最后的步骤，但也是检验设计成功与否的重要环节，同样处于重要地位。通过温度控制系统的调试可以发现找到比解决系统存在的缺陷和错误，让设计出来的温度控制系统更加可靠稳定和安全，符合设计目标任务10。同时，也为以后的开发设计积累宝贵的参数和经验。调试运行是解决程序不当的重要过程，其步骤为

41、：步骤一：连STC89C52单片机下载并成功下载烧进去。步骤二：检验反应釜状态是否正常，连接好PT100，接通电源。步骤三：观察并再次检验所有设备连接是否正常运行，通过按键手动修改温度设定值，看按键是否能正常工作及液晶显示是否一致。步骤四：观察运行结果，是否与预期效果一致，否则查找原因并及时解决。5.2系统运行结果通过以上步骤可得如图19运行结果。LCD1602显示设定温度值、当前温度值、脉冲值、电压值。同样，可以通过键盘手动修改设定温度值，以便能够满足各种温度条件下的工艺要求（用于测量-200+500范围内的温度，如果超出该范围则无法正常工作）。图19 整体实物运行图系统有四大模块部分组成，

42、即主控制模块（单片机开发板）、模拟量前向通道、开关模块、PWM继电器模块。图20为主控制器，是该系统最繁忙的部分，负责绝大部分数据的分析处理和输出控制及设定显示。通过它的键盘操作可以设定目标温度值并通过LCD1602显示出来，通过向中间继电器输出控制命令控制反应釜的工作状态，接收并处理模拟量前向通道转化后的温度信息值并进行分析比较处理和显示。图20 主控制器运行结果图 图21是温控系统的模拟量前向通道，负责将PT100热电阻测温器的电压信号通过7135转化为脉冲信号，然后再经过标度变化转化为单片机可识别的信号，其转化公式如公式（2）、（3）所示： Uo=(Rt/(R1+Rt)UiG (2)Rt

43、=R0(1+At+Bt2) (3)图21 模拟量前向通道图22为开关模块，将220V的电压值转化为正负5V 和12V供单片机和继电器使用，完成系统驱动所需电压。图22 开关模块实物图结束语本设计是反应釜温度控制系统具有如下功能：（1）在液晶显示方面，选择长沙太阳人公司生产的LCD1602液晶显示器来显示系统的温度和时间参数，相对于数码管具有显示更加美观，参数显示更加全面等优点。（2）在控制方面，把反应釜温控系统进行模块化设计，可以进行独立调试控制。相对于传统控制来说，具有更好的灵活性，消费者可以根据需要进行分区设定。本温度控制系统是在实验室环境下调试和运行的，尚未正真的受到工厂生产环境的检测，因此，还应该接收更多的实践检测。对系统的设计工作也有以下几点展望：（1）主控制器在显示部分选用的是长沙太阳人公司生产的LCD1602液晶显示器显示器，为了使显示更加人性化、更为友好，不妨试用一下能够显示汉字的12864液晶显示屏作为人机交互界面。（