多用途气动机器人结构设计毕业设计论文.docx
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多用途气动机器人结构设计毕业设计论文
毕业设计论文
多用途气动机器人结构设计
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
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指导教师签名:
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使用授权说明
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学位论文原创性声明
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要
在工业生产过程中,往往需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉的温度进行检测和调节,因此需要一种合适的系统对其温度进行精确控制,由于单片机具有低功耗、高性能、可靠性好、易于产品化等特点,因此采用单片机对温度进行控制不仅节约成本,控制方法灵活多样,并且可以达到较高的控制精度,从而能够大大提高产品的质量,因此单片机被广泛应用在中小型控制系统中。
本论文以电阻炉为研究对象,开发了基于单片机的温度控制系统。
本温度控制系统按功能分主要包括温度传感器模块、数据处理模块、温度显示/设定模块和温度控制模块。
温度传感器采用了数字式温度传感器DS18B20,对温度进行实时采样并将模拟信号转换成数字信号返回给单片机。
系统可通过键盘对电阻炉水温进行预设,单片机根据当前炉内温度和预设温度进行运算,控制输出宽度可调的PWM方波,并由此控制双向可控硅的导通和关断来调节电热丝的加热功率,从而使水温迅速达到预设值并保持恒定不变。
设计过程中,首先进行软件设计和开发,使系统功能模块化并分别通过Proteus软件进行仿真,实现功能后对硬件进行了综合设计,并且反复论证、测试各器件参数以使其稳定运行,最终使得此系统实现了温度的恒温控制。
关键词:
单片机;温度传感器;可控硅;温度控制
Abstract
Intheindustrialproductionprocess,oftenrequirevarioustypesoffurnace,heattreatmentfurnace,reactortemperaturedetectionandregulation,soitneedsapropersystemofprecisecontrolofitstemperature,aslowpowerconsumptionsinglechip,highperformance,reliability,easy-to-marketcommodityandsoon,sotocontrolthetemperatureusingSCMnotonlysaveoncost,controlmethodofflexibleanddiverse,andcanachievehigherprecision,whichcangreatlyenhancethequalityoftheproduct,soSCMiswidelyusedintheSmallcontrolsystem.Inthisstudy,the"TemperatureControlSystem"design.AsatypicalapplicationTemperatureControlSystemistheintegrateduseofthecomputertheory,controltheory,analogelectronics,digitalcontroltechnology,keyboard,displaytechnology,andmanyotherareasofknowledge.TemperaturesensorusesdigitaltemperaturesensorDS18B20,real-timesamplingofthetemperatureandanalogsignalsintodigitalsignalsbacktotheSCM.Systemcanbepresetthroughthekeyboardonthetemperature,microcontrollerbasedonthecurrenttemperatureandthepresettemperatureofthefurnaceoperation,PWMcontroloutputsquarewavewithadjustablewidth,andthuscontrolthetriacon-andofftoregulatetheelectricwireheatingpower,sothatthewatertemperaturequicklyreachandmaintainconstantpresetvalue.
Thedesignprocess,firstofallthesoftwaredesignanddevelopment,makingthesystemfunctionalmoduleandthroughtheProteussoftwaresimulation,respectively,toachievefeatureanintegrateddesignofthehardware,andrepeateddemonstration,testingthedeviceparameterstomakeitstableoperation,andultimatelymakeThissystemhasrealizedtheconstanttemperaturecontrol.
Keywords:
MCS-51,temperaturesensor,SCR,temperaturecontrol
2电阻炉温度控制系统工作原理4
2.1温度控制总体设计方案4
2.2温度传感器模块5
2.2.1DS18B20基本知识5
2.2.2DS18B20产品的特点6
2.2.3DS18B20的引脚介绍6
2.2.4DS18B20的4个主要部件8
2.2.5温度采集模块电路图10
2.3数据处理模块11
2.3.1单片机的发展方向11
2.3.2STC89C52系列主要性能参数11
2.3.3STC89C52存储器配置15
2.4温度显示模块/设定模块19
2.4.1温度显示部分19
2.4.2温度设定部分24
2.4.3温度显示/设定模块电路图24
2.5温度控制模块25
2.5.1可控硅BTA1625
2.5.2光电偶合器MOC302128
2.5.3温度控制模块电路图29
3系统软件设计31
3.1系统主程序31
3.2温度采集子程序32
3.3显示子程序32
3.4温度设定子程序33
3.5控制算法33
4温度控制系统Proteus仿真35
4.1仿真说明35
4.2仿真结果35
4.3结论37
致谢38
参考文献39
附录Ⅰ程序清单40
1绪论
1.1简介
及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节.水温的变化影响各种系统的自动运作,例如冶金、机械、食品、化工各类工业中,广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等,对工件的水处理温度要求严格控制。
对于不同控制系统,其适宜的水质温度总是在一个范围。
超过这个范围,系统或许会停止运行或遭受破坏,所以我们必须能实时获取水温变化。
对于,超过适宜范围的温度能够报警。
同时,我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以改变。
单片机对温度的控制是工业生产中经常使用的控制方法。
从1976年Intel公司推出第一批单片机以来,80年代单片机技术进入快速发展时期,近年来,随着大规模集成电路的发展,单片机继续朝快速、高性能方向发展。
单片机主要用于控制,它的应用领域遍及各行各业,大到航天飞机,小至日常生活中的冰箱、彩电,单片机都可以大显其能。
单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路,本身即是一个小型化的微机系统。
单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合,使得单片机的应用非常广泛。
同时,单片机具有较强的管理功能。
采用单片机对整个测量电路进行管理和控制,使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低,制造、安装、调试及维修方便。
随着电视监视器材、计算机技术的日益发展,图形监视系统在电视系统或监控场所得到了广泛地应用。
用图形来实时显示被控对象(摄像机、终端设备等)在操作过程中的状态,具有清晰明了、形象直观且可以及时处理反馈信息。
它比数字仪表包含的信息量大得多,因此使现场监控人员的工作方式得到了改进,效率也由此得到了很大的提高。
现场电视监控系统由实时控制系统、监视系统及管理信息系统组成。
实时控制系统完成实时数据采集处理、存储、反馈的功能;监视系统完成对各个监控点的全天候的监视,能在多操作控制点上自动或手动切换多路图像,能遥控前端设备,能使摄像镜头自动对焦等;管理信息系统完成各类所需信息的采集、接收、传输、加工、处理,是整个系统的控制核心。
目前的图形实时监控软件通常用VC或VC++开发,它具备编译各种可视化程序的功能,可以使计算机通过监控界面达到对被控对象的各种实时操控。
因此,本毕业设计选择设计一个水温控制系统,采用单片机进行控制的水温自动控制电路,使系统能简单的实现温度的控制及显示,AT89C52单片机优秀的实时控制功能、灵活的编程能力有机的结合起来,并且通过软件编程能实现各种控制算法,使系统具有控制精度高的特点,对实现对水温的自动控制,具有重大的现实意义。
不但能用于学校的实验教学及其它一些研究课题的开发,同样能用于工厂多点温度的控制,提高工业企业自动化水平。
1.2课题研究的内容及要求
本次的毕业设计的题目是单片机水温控制系统设计。
它是多种技术知识的结合,不仅涉及到软件的设计,而且还将应用电子技术与单片机的应用技术有机结合,使其具有精度高、测量误差小、稳定性好等特点。
电路板的设计技术和机械加工工艺的巧妙结合,使其具备了显示直观、体积做工精细等特点,能为它在其它领域的广泛应用打下良好的基础。
因为经过我们调查发现许多应用场合原来就有测温控温仪器,只是随着对生产质量与生产需要的要求在不断地提高,以往的那些测温控温的仪器根本不能满足现在的要求。
其中,有部分应用场合对精度提高的幅度要求也不是特别高。
因此,为了提高性价比,我所设计的系统提出在原有系统的基础上进行一些简单的改良,以此为出发点,主要阐述的是水温自动控制系统的一种实现方法。
1.2.1课题的主要研究的内容
本文所要研究的课题是基于单片机控制的水温控制系统的设计,主要是介绍了对水箱温度的显示,实现了温度的实时显示及控制。
水箱水温控制部分,提出了用DS18B20、STC89C52单片机及LCD的硬件电路完成对水温的实时检测及显示,而炉内温度控制部分,由DS18B20检测炉内温度,用中值滤波的方法取一个值存入程序存取器内部一个单元作为最后检测信号,并在LCD中显示。
控制器是用STC89C52单片机,用设定的算法对检测信号和设定值的差值进行调节后输出PWM控制信号给执行机构,去调节电阻炉的加热功率,从而控制炉内温度。
它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点,特别适合于构成多点的温度测控系统,可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理,而且每片DS18B20都有唯一的产品号,可以一并存入其ROM中,以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18S20芯片。
从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线,其读写及其温度变换功率来源于数据总线,该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而且不需要额外电源。
同时DS18B20能提供九位温度读数,它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。
而且利用本次的设计主要实现温度测试,温度显示,温度门限设定,超过设定的门限值时自动启动加热装置等功能。
而且还要以单片机为主机,使温度传感器通过一根口线与单片机相连接,再加上温度控制部分和人机对话部分来共同实现温度的监测与控制。
1.2.2本系统的功能
(1)能够连续测量水的温度值,用1602LCD液晶来显示水的实际温度。
(2)能够设定水的温度值,设定范围是30℃~90℃。
(3)用单片机STC89C52控制,通过按键来控制水温的设定值,并保持恒定不变。
(4)误差≤1℃
1.3本文的主要内容
本文中具体做了如下几方面工作:
(1)水温控制系统硬件的设计
水温控制系统硬件设计主要包括STC89C52单片机、温度传感器模块、温度控制模块、显示模块、按键模块的介绍。
(2)水温控制系统软件的设计
借助KeilC51开发工具,以C语言为开发语言,开发了单片机系统的温度检测与控制程序模块、对温度传感器模块、显示模块、温度控制模块进行控制,键盘导入设定的温度,使其与实际温度进行运算并输出。
(3)水温控制系统的仿真
以Proteus为基础,画出电路图加载各模块,加载程序并模拟实际电路的运行状态并进行仿真。
2电阻炉温度控制系统工作原理
2.1温度控制方案总体设计
本系统以STC89C52为核心,以KEIL为系统程序开发平台,以C语言进行程序设计,以PROTEUS作为仿真软件设计而成的。
所设计的温度控制主要由单片机、温度采集模块、温度显示模块、温度控制模块、按键设定模块五部分组成。
对于温度控制,采用单片机STC89C52组成的自动控制系统,其系统硬件总体方框图如图1所示:
图1系统总体方框图
在图1中,温度传感器采用单总线数字温度传感器DS18B20;LCD液晶显示器,使用其动态显示方式,实时显示DS18B20采集到的水温温度。
水箱的水大约为1升,电热炉功率为400W;按键设定分为设置按键+1(PLUS),-1(SUBS)功能,其特点是:
可通过UP和DOWN键进行温度闪烁加减设定;光耦采用MOC3021,可控硅采用BTA16。
其整体电路图如图2所示。
图2整体设计电路图
2.2温度传感器模块
温度传感器模块采用DS18B20,主要功能是实时将水温温度数据返回单片机,将模拟信号转换为数字信号,便于数据处理与决策,由于此模块直接决定整个系统能否正常运行,所以是系统的核心模块。
2.2.1DS18B20基本知识
DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire,即单总线器件,具有线路简单,体积小的特点。
因此用它来组成一个测温系统,具有线路简单,在一根通信线,可以挂很多这样的数字温度计,十分方便。
2.2.2DS18B20产品的特点
(1)只要求一个端口即可实现通信。
(2)在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。
(3)实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。
(4)测量温度范围在-55℃到+125之℃间。
(5)数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
(6)内部有温度上、下限告警设置。
2.2.3DS18B20的引脚介绍
TO-92封装的DS18B20的引脚排列见图3,其引脚功能描述见表1。
图3底视图
表1DS18B20详细引脚功能描述
序号
名称
引脚功能描述
1
GND
地信号
2
DQ
数据输入/输出引脚。
3
VDD
可选择的VDD引脚。
4.DS18B20的使用方法
由于DS18B20采用的是1-Wire总线协议方式,即在一根数据线实现数据的双向传输,而对STC89C52单片机来说,硬件上并不支持单总线协议,因此,我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。
由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据,因此,对读写的数据位有着严格的时序要求。
DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。
该协议定义了几种信号的时序:
初始化时序、读时序、写时序。
所有时序都是将主机作为主设备,单总线器件作为从设备。
而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始,如果要求单总线器件回送数据,在进行写命令后,主机需启动读时序完成数据接收。
数据和命令的传输都是低位在先。
DS18B20的复位时序如图4所示:
图4DS18B20的复位时序
DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程,如图5所示。
对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后,在15秒之内就得释放单总线,以让DS18B20把数据传输到单总线上。
DS18B20在完成一个读时序过程,至少需要60us才
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