毕业答辩-自动控温的韧化机控制装置的设计

1、自动控温的韧化机控制装置的设计自动控温的韧化机控制装置的设计电子信息工程学院答辩人答辩人绪论绪论总体设计方案总体设计方案硬件电路设计硬件电路设计软件设计软件设计1绪论绪论1.研究背景研究背景2.研究内容研究内容2.研究意义研究意义研究背景研究背景在微电子技术和微电脑的发展之前，大多数的炉温度控制需要进行手动操在微电子技术和微电脑的发展之前，大多数的炉温度控制需要进行手动操作，根据生产工艺要求设置温度，增加对炉的供电时间来使炉内的温度增加，作，根据生产工艺要求设置温度，增加对炉的供电时间来使炉内的温度增加，使用这种方式加热就很难实现线性，并且对恒温保持的影响非常大，更不能实使用这种方式加热就很难

2、实现线性，并且对恒温保持的影响非常大，更不能实现实时的控制，除了控制对象简单的工艺要求是可以实现的，其他的很难实现。现实时的控制，除了控制对象简单的工艺要求是可以实现的，其他的很难实现。为了实现完全自动化的过程控制，实现对温度实时的控制，相对精确，稳定可为了实现完全自动化的过程控制，实现对温度实时的控制，相对精确，稳定可靠的生产工艺要求，智能温度实时控制系统的研究是非常有意义的。当在温度靠的生产工艺要求，智能温度实时控制系统的研究是非常有意义的。当在温度控制中使用，主要是通过人工控制方式，就是根据加热需要的时间来估计热到控制中使用，主要是通过人工控制方式，就是根据加热需要的时间来估计热到预定温

3、度需要的一些条件，然后使用一个普通的温度计来测量，读取和控制加预定温度需要的一些条件，然后使用一个普通的温度计来测量，读取和控制加热的时间。这种控制方式不仅增加了工人的工作量，而且对温度变化快的时候热的时间。这种控制方式不仅增加了工人的工作量，而且对温度变化快的时候不能调节到需要的范围内，所以就无法实现精确的控制。所以，必须改善加热不能调节到需要的范围内，所以就无法实现精确的控制。所以，必须改善加热炉温度控制的模式，以减轻了劳动强度和提高控制精度。炉温度控制的模式，以减轻了劳动强度和提高控制精度。研究内容研究内容使用单片机测量炉的温度，并对温度进行处理，控制，以满足要求。使用使用单片机测量炉的

4、温度，并对温度进行处理，控制，以满足要求。使用温度传感器测量温度，温度变送器电路和温度传感器测量温度，温度变送器电路和A/D转换电路对温度作最初的处理，转换电路对温度作最初的处理，ADS1115模数转换芯片与模数转换芯片与STM32的通信方式的通信方式IIC，模数转换后的温度数字量经，模数转换后的温度数字量经IIC通通信将数据作为单片机的输入，然后单片机进行再一次的处理，让单片机和按键信将数据作为单片机的输入，然后单片机进行再一次的处理，让单片机和按键输入电路对技术指标要求的温度的进行相应的设定、控制、测量以及显示电路输入电路对技术指标要求的温度的进行相应的设定、控制、测量以及显示电路的设计来

5、实现自动控温的功能，再实现对工位的卡紧和松开功能达到韧化机实的设计来实现自动控温的功能，再实现对工位的卡紧和松开功能达到韧化机实现汽车现汽车PVC管路的造型进行固化和成型的所需要达到的技术指标。自动控制温度管路的造型进行固化和成型的所需要达到的技术指标。自动控制温度的智能化、自动化使得工人在工作时减少了工作量，在生产中节省了原材料的的智能化、自动化使得工人在工作时减少了工作量，在生产中节省了原材料的消耗，不仅提高了工作效率而且还为公司降低了花销。消耗，不仅提高了工作效率而且还为公司降低了花销。研究意义研究意义1.工人在工作的时候劳动强度降低，同时工作环境得到了完善。由于单片机工人在工作的时候劳

6、动强度降低，同时工作环境得到了完善。由于单片机系统控制温度，工人就不用不断的来来回回的检查温度是不是在范围内和加热系统控制温度，工人就不用不断的来来回回的检查温度是不是在范围内和加热炉是不是处于正常的运行情况，并可以将工人的工作区域与加热区域分离开，炉是不是处于正常的运行情况，并可以将工人的工作区域与加热区域分离开，不会危害工人的健康。不会危害工人的健康。2.提高控制的准确性，以及数据的可靠性。提高控制的准确性，以及数据的可靠性。SCM可以实时温度的变化与温度可以实时温度的变化与温度的处理同时进行，减少加热时因为加热开短时间影响出现的滞后温度，使得温的处理同时进行，减少加热时因为加热开短时间影

7、响出现的滞后温度，使得温度控制更加的准确，精度也有所提高。度控制更加的准确，精度也有所提高。3.提高工作效率，降低成本，系统由提高工作效率，降低成本，系统由SCM控制可以更快实现温度控制的效果，控制可以更快实现温度控制的效果，减少了能源损耗，降低了生产成本。减少了能源损耗，降低了生产成本。4.提高企业可控制电加热技术的应用水平。此技术开发和应用能锻炼企业技提高企业可控制电加热技术的应用水平。此技术开发和应用能锻炼企业技术人员的能力。术人员的能力。2总体设计方案总体设计方案1.系统总体设计系统总体设计2.系统主控模块系统主控模块系统总体设计系统总体设计该系统使用该系统使用STM32F103ZET

8、6作为核心处作为核心处理器，其他电路主要包括理器，其他电路主要包括:电源模块供电电电源模块供电电路，温度传感器，按键输入电路，路，温度传感器，按键输入电路，A/D模数模数转换，温度变送器，转换，温度变送器，LCD1602液晶屏显示电液晶屏显示电路，步进电机驱动电路，蜂鸣器报警电路路，步进电机驱动电路，蜂鸣器报警电路以及加热模块构成的输出电路。使用以及加热模块构成的输出电路。使用Pt100温度传感器测量炉的温度，将测量到的温温度传感器测量炉的温度，将测量到的温度模拟量经过度模拟量经过ADS1115模块模块A/D转换后，转转换后，转换得到的数字量传到单片机内，单片机将换得到的数字量传到单片机内，单

9、片机将得到的温度与设定的控制温度比较，通过得到的温度与设定的控制温度比较，通过单片机对温度的设定、控制、测量和显示单片机对温度的设定、控制、测量和显示的设计来实现自动控温和实时显示温度的的设计来实现自动控温和实时显示温度的功能，再实现对功能，再实现对PVC管道的卡紧和松开功能。管道的卡紧和松开功能。系统主控模块系统主控模块STM32F系列的单片机是一款常见的单系列的单片机是一款常见的单片机，虽然片机，虽然32位的位的ARM微控制器中属于中微控制器中属于中低端，但是还有很多人选择它。设计并生低端，但是还有很多人选择它。设计并生产出了这个系列芯片的是意法半导体（产出了这个系列芯片的是意法半导体（S

10、T）公司。经过升级后的最先进的一代嵌入式公司。经过升级后的最先进的一代嵌入式ARM处理器就是运用了处理器就是运用了Cortex-M3，它以，它以比较少的钱满足了比较少的钱满足了MCU的要求，以价格低的要求，以价格低廉的平台，较少的引脚数，少到几乎没有廉的平台，较少的引脚数，少到几乎没有的功率损耗被大多数人接受，同时它的计的功率损耗被大多数人接受，同时它的计算速度比较快，能力比较强大，而且中断算速度比较快，能力比较强大，而且中断响应速度也很快。响应速度也很快。ARM的的Cortex-M3是是32位的位的RISC处理器，提供额外的代码效率，在处理器，提供额外的代码效率，在通常通常8和和16位系统的

11、存储空间上发挥了位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高性能。内核的高性能。PE2/TRACECK/FSMC_A231PE3/TRACED0/FSMC_A192PE4/TRACED1/FSMC_A203PE5/TRACED2/FSMC_A214PE6/TRACED3/FSMC_A225VBAT6PC13-TAMPER-RTC7PC14-OSC32_IN8PC15-OSC32_OUT9PF0/FSMC_A010PF1/FSMC_A111PF2/FSMC_A212PF3/FSMC_A313PF4/FSMC_A414PF5/FSMC_A515Vss_516Vdd_517PF6/ADC3_IN4/FSM

12、C_NIORD18PF7/ADC3_IN5/FSMC_NREG19PF8/ADC3_IN6/FSMC_NIOWR20PF9/ADC3_IN7/FSMC_CD21PF10/ADC3_IN8/FSMC_INTR22OSC_IN23OSC_OUT24NRST25PC0/ADC123_IN1026PC1/ADC123_IN1127PC2/ADC123_IN1228PC3/ADC123_IN1329VSSA30Vref-31Vref+32VDDA33PA0-WKUP/USART2_CTS/ADC123_IN0/TIM5_CH1/TIM2_CH1_ETR/TIM8_ETR34PA1/USART2_RTS/

13、ADC123_IN1/TIM5_CH2/TIM2_CH235PA2/USART2_TX/TIM5_CH3/ADC123_IN2/TIM2_CH336PA3/USART2_RX/TIM5_CH4/ADC123_IN3/TIM2_CH437Vss_438Vdd_439PA4/SPI1_NSS/DAC_OUT1/USART2_CK/ADC12_IN440PA5/SPI1_SCK/DAC_OUT2/ADC12_IN541PA6/SPI1_MISO/TIM8_BKIN/ADC12_IN6/TIM3_CH142PA7/SPI1_MOSI/TIM8_CH1N/ADC12_IN7/TIM3_CH243PC4/

14、ADC12_IN1444PC5/ADC12_IN1545PB0/ADC12_IN8/TIM3_CH3/TIM8_CH2N46PB1/ADC12_IN9/TIM3_CH4/TIM8_CH3N47PB2/BOOT148PF11/FSMC_NIOS1649PF12/FSMC_A650Vss_651Vdd_652PF13/FSMC_A753PF14/FSMC_A854PF15/FSMC_A955PG0/FSMC_A1056PG1/FSMC_A1157PE7/FSMC_D458PE8/FSMC_D559PE9/FSMC_D660Vss_761Vdd_762PE10/FSMC_D763PE11/FSMC_

15、D864PE12/FSMC_D965PE13/FSMC_D1066PE14/FSMC_D1167PE15/FSMC_D1268PB10/I2C2_SCL/USART3_TX69PB11/I2C2_SDA/USART3_RX70Vss_171Vdd_172PB12/SIP2_NSS/I2S2_WS/I2C2_SMBAI/USART3_CK/TIM1_BKIN73PB13/SIP2_SCK/I2S2_CK/USART3_CTS/TIM1_CH1N74PB14/SPI2_MISO/USART3_RTS/TIM1_CH2N75PB15/SPI2_MOSI/I2S2_SD/TIM1_CH3N76PD8/

16、FSMC_D1377PD9/FSMC_D1478PD10/FSMC_D1579PD11/FSMC_A1680PD12/FSMC_A1781PD13/FSMC_A1882Vss_883Vdd_884PD14/FSMC_D085PD15/FSMC_D186PG2/FSMC_A1287PG3/FSMC_A1388PG4/FSMC_A1489PG5/FSMC_A1590PG6/FSMC_INT291PG7/FSMC_INT392PG893Vss_994Vdd_995PC6/I2S2_MCK/TIM8_CH1/SDIO_D696PC7/I2S3_MCK/TIM8_CH2/SDIO_D797PC8/TIM

17、8_CH3/SDIO_D098PC9/TIM8_CH4/SDIO_D199PA8/USART1_CK/TIM1_CH1/MCO100PA9/USART1_TX/TIM1_TX/TIM1_CH2101PA10/USART1_RX/TIM1_CH3102PA11/USART1_CTS/CANRX/TIM1_CH4/USBDM103PA12/USART1_RTS/CANTX/TIM1_ETR/USBDP104PA13/JTMS-SWDIO105NC106Vss_2107Vdd_2108PA14/JTMS-SWCLK109PA15/JTDI/SPI3_NSS/I2S3_WS110PC10/USART4

18、_TX/SDIO_D2111PC11/USART4_RX/SDIO_D3112PC12/USART5_TX/SDIO_CK113PD0/FSMC_D2114PD1/FSMC_D3115PD2/TIM3_ETR/USART5_RX/SDIO_CMD116PD3/FSMC_CLK117PD4/FSMC_NOE118PD5/FSMC_NWE119Vss_10120Vdd_10121PD6/FSMC_NWAIT122PD7/FSMC_NE1/FSMC_NCE2123PG9/FSMC_NE2/FSMC_NCE3124PG10/FSMC_NCE4_1/FSMC_NE3125PG11/FSMC_NCE4_2

19、126PG12/FSMC_NE4127PG13/FSMC_A24128PG14/FSMC_A25129Vss_11130Vdd_11131PG15132PB3/JTDO/TRACESWO/SPI3_SCK/I2S3_CK133PB4/JNTRST/SPI3_MISO134PB5/I2C1_SMBAI/SPI3_MOSI/I2S3_SD135PB6/I2C1_SCL/TIM4_CH1136PB7/I2C1_SDA/FSMC_NADV/TIM4_CH2137BOOT0138PB8/TIM4_CH3/SDIO_D4139PB9/TIM4_CH4/SDIO_D5140PE0/TIM4_ETR/FSMC

20、_NBL0141PE1/FSMC_NBL1142Vss_3143Vdd_3144U1STM32F103ZET63硬件电路设计硬件电路设计1.温度传感器模块的选择与设计温度传感器模块的选择与设计2.A/D转换模块的选择与设计转换模块的选择与设计4.步进电机驱动模块设计步进电机驱动模块设计3.显示电路的选择与设计显示电路的选择与设计温度传感器模块的选择与设计温度传感器模块的选择与设计Pt100温度变送器把能够常常碰到的热电偶和热电阻温度传感器当作测量元件，然后把测量元件测得的微弱和带有谐波的信号输出给变送器模块，变送器模块中的稳压和滤波电路，经过运算放大器组成的放大电路，再把滤波放大的信号进行处理

21、得到相对线性的信号，然后电压和电流之间的转换，变成一个几乎不变的电流信号以及对模块防止反流的保护电流，经过这一系列的处理，最后输出的信号变成了线性4-20毫安的电流信号或者0-5伏的电信号以及0-10伏的电压信号这三种输出信号。A/D转换模块的选择与设计转换模块的选择与设计ADS1115这个模数转换器在工作时可以最高860个采样数据的速度转换输入到芯片中的模拟量。ADS1115在芯片的内部还设置了一个可任意编程的增益放大器，这个增益放大器能够满足从供电电压到最低256mV的输入电压的范围，因此能够把大的输入信号和小的输入信号用高的精度进行测量。除此之外，ADS1115还具有一个输入多路复用器(

22、MUX),可提供2个差分输入或4个单端输入。ADS1115具有16位分辨率，满足误差要求,故选择ADS1115作为本次设计的A/D转换模块。ADDR1ALERT2GND3AIN04AIN15SCL10SDA9AIN37AIN46VDD8ADS1115+5VGNDPB6PB7GND0.1FC18CapGNDAIN0内设显示、转换电路原理内设显示、转换电路原理LCD01602 液晶显示屏也被称为1602字符液晶，它只能被用来显示数字、符号以及字母并不能显示汉字。它是由许多5*7或者5*11的点阵中点的不同位置的组合来显示想要的符号的，每一个点阵每一次可以显示一个字符，点阵与点阵之间有一定的间隔，方

23、便看显示的内容，行与行之间也具有一定的间距。LCD1602液晶屏能够两行同时显示，每一行里面最多显示16个字符。它的功率损耗非常大的小，占用的空间也很小，可以满足小空间的情况，并且屏幕比较薄等优势.GND1VCC2VEE3RS4R/W5E6D07D18D29D310D411D512D613D714A15K16LCD1602GNDGND+5VGND+5VPD0PD1PD2PG0PG1PG2PG3PG4PG5PG6PG710KR9过滤水龙头过滤水龙头IN11IN22IN33IN44IN55IN66IN77GND8COM9OUT710OUT611OUT512OUT413OUT314OUT215OUT

24、116ULN2003IN1IN2IN3IN412348765*81KD4D5D6D7+5VA1B2C3D4步进电机GND5V步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是当今社会在单片机控制系统中被作为重要的执行器件，生活中方方面面基本都在应用它。步进电机在负载不多的情况下，电机的转动速度和电机转过的角度仅仅由脉冲信号的频率和脉冲数所决定，并会因为负载而改变。每当输入步进电机的驱动模块一个脉冲信号，它就会使得步进电机按照设置的方向转动一个固定的角，这个角在工程上称为“步距角”。在对步进电机进行控制的时候，我们能够把脉冲个数的控制来完成对角度的控制，就能够将步进电机精准的定位。与此

25、同时，电机的转动速度以及加速度能够被脉冲频率所控制，完成对速度调节的任务。4软件设计软件设计软件设计软件设计此设计的程序流程主要包括六个部分，第一部分是主程序，这部分程序主要描述了每个部分的初此设计的程序流程主要包括六个部分，第一部分是主程序，这部分程序主要描述了每个部分的初始化配置和总体的硬件动作过程始化配置和总体的硬件动作过程;第二部分是第二部分是Pt100温度采集子程序，其功能是通过温度采集子程序，其功能是通过Pt100传感器采集温传感器采集温度值，再经过温度变送器的处理送到度值，再经过温度变送器的处理送到AD转换模块，最后经转换模块，最后经AD模数转换后得到温度的数字量，模数转换后得到温度的数字量，IIC的通信的通信方式把模数转换芯片和单片机之间实现了沟通，单片机把得到的温度数字量数据经过特定的公式计算，方式把模数转换芯片和单片机之间实现了沟通，单片机把得到的温度数字量数据经过特定的公式计算，还要对数据进行滤波矫正还要对数据进行滤波矫正;第三部分程序是第三部分程序是LCD160液晶屏幕显示温度和设定的温度的子程序，首先要把液晶屏幕显示温度和设定的温度的子程序，首先要把一些指令通过一些指令通过8个数据口发送给个数据口发送给LCD1602寄存器，为了对屏幕初始化设置显示的位置，测