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毕业设计(论文)-基于单片机的激光器温度控制系统设计.doc

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毕业设计(论文)-基于单片机的激光器温度控制系统设计.doc

哈尔滨理工大学学士学位论文I激光器温度控制设计摘要温度是日常生活中无时不在的物理量,温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备,如用于热处理的加热炉,用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等,采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点,而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量。因此,智能化温度控制技术正被广泛地采用本文主要从硬件和软件两方面介绍了绿光激光器的温度控制系统的设计思路,简单说明如何实现对激光器温度的控制,并对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。还介绍了在激光器温度控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环节,该系统主要以MCS51单片机为核心,由温度检测电路,显示电路,控制电路等构成。用MCS51单片机设计的激光器温度检测电路是本次设计的主要内容,是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的一部分,该系统对温度进行了实时采集与检测。通过温度传感器实现对激光器的温度采集,通过七段数码管来显示激光器的温度,通过小型风机以及加热器来控制激光器的温度的升降,本设计介绍的激光器温度自动控制系统的主要内容包括系统方案、元器件选择、系统理论分析、硬件设计、软件设计、系统调试及主要技术性能参数。关键词单片机;温度传感器;激光器;温度控制哈尔滨理工大学学士学位论文IITHEDESIGNOFTEMPERATURECONTROLFORLASERCOMPONENTABSTRACTTHETEMPERATUREISCONSTANTLYINTHEDAILYLIFEOFPHYSICALANDTEMPERATURECONTROLSINVARIOUSFIELDSHAVEAPOSITIVEMEANINGALOTOFBUSINESSESHAVEALOTOFPOWERHEATINGEQUIPMENT,SUCHASTHATUSEDFORTHEHEATTREATMENTFURNACE,FORMELTINGMETALCRUCIBLERESISTANCEHEATERSANDTHEVARIOUSUSESOFTEMPERATUREBINS,SCMUSINGTHEIRRIGHTTOCONTROLNOTONLYEASYTOCONTROL,SIMPLE,SUCHASTHECHARACTERISTICSOFFLEXIBILITY,BUTCANALSOSIGNIFICANTLYINCREASETHETEMPERATUREWASCHARGEDWITHTHETECHNICALINDICATORS,WHICHCANGREATLYENHANCETHEQUALITYOFTHEPRODUCTSTHEREFORE,INTELLIGENTTEMPERATURECONTROLTECHNOLOGYISBEINGWIDELYADOPTEDTHEDESIGNOFLASERCOMPONENT’STEMPERATURECONTROLSYSTEMISINTRODUCEDFROMHARDWAREANDSOFTWARE,ANDSIMPLYEXPLAINSHOWTOACHIEVETHETEMPERATURECONTROLTHEHARDWAREPRINCIPLEANDSOFTWARECASEFIGAREDESCRIBEDSOMEIMPORTANTTECHNIQUESINADESIGNSCHEMEOFTHEHARDWAREANDTHESOFTWAREOFTHELASERCOMPONENT’STEMPERATURECONTROLBYSINGLECHIPMICROCOMPUTERAREINTRODUCEDTHESYSTEMMOSTLYTAKES8051SINGLECHIPMICROCOMPUTERASACORE,ITISSTRUCTUREDBYTEMPERATURETESTINGCIRCUIT,DISPLAYCIRCUIT,CONTROLCIRCUITANDSOONTHEMAINCONTENTOFTHISDESIGNISTEMPERATURETESTINGCIRCUITTHATUSESAT89C51SINGLECHIPMICROCOMPUTERITISAPARTOFTHEWHOLEDESIGNTHATCANNOTBELACKEDTHESYSTEMISUSEDTOCOLLECTANDCONTROLLASERCOMPONENT’STEMPERATUREINREALTIMETHROUGHTHELEDTODISPLAYTHENUMBEROFTHELASERCOMPONENTTHETEMPERATUREAUTOMATICCONTROLSYSTEMISBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERISDESCRIBEDINTHEARTICLEINCLUDINGSYSTEMSCHEME,PARTSOFANAPPARATUSCHOICE,THEORETICALANALYSIS,THEDESIGNOFHARDWAREANDSOFTWARE,SYSTEMTESTING,ANDTHEMAINTECHNICALPERFORMANCEPARAMETERS.KEYWORDSMICROCONTROLLER;TEMPERATURESENSOR;LASERCOMPONENT;TEMPERATURECONTROL哈尔滨理工大学学士学位论文目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111课题研究的目的与意义112国内外文献综述113论文研究内容2第2章总体方案321基本设计思路322具体设计考虑3221电路的基本设计方案3222各器件的功能423本章小结4第3章硬件设计531单片机的选取5311AT89C51的主要特性6312AT89C51的引脚功能732传感器的选取9321DS18B20的性能特点9322DS18B20内部结构10323DS18B20的工作原理11324DS18B20的测温原理1333串口的选取15331串口通信的工作原理15332MAX232概述1634电路中数码管的选取173574LS47的简介1836控制电路的设计19361加热控制电路设计19362继电器的选用20363降温控制电路设计2137电源电路设计2238本章小结23第4章软件设计2441系统软件设计的整体思路2442程序功能2443系统程序流程图25哈尔滨理工大学学士学位论文44本章小结28第5章系统调试、故障分析与结果2951硬件调试与故障分析29511硬件调试29512故障分析3052本章小结31结论32致谢33参考文献34附录A35附录B36附录C42哈尔滨理工大学学士学位论文1第1章绪论11课题研究的目的与意义近年来,随着激光显示技术的不断发展,激光显示正在越来越受到关注。激光显示技术在图像质量、产品寿命、节能、环保、易于实现大屏幕等方面具有显著优势,被誉为“人类视觉史上的革命”,有望成为下一代显示技术的主流。面对目前我国平板显示产业核心关键技术缺失的产业现状,前瞻性地发展具有自主知识产权的激光显示技术是实现显示产业结构调整和跨越式发展的必由之路。可以预见激光显示技术将在公共信息大屏幕、数码影院、家庭影院以及便携式投影等领域具有极大的发展空间和广阔的应用前景,这将会是一个极其巨大的市场。光源采用创新设计的准随机相位RGB激光光源,采用一体化封装技术,有效减小光源体积,同时有效提高光源寿命及可靠性,采用准随机调制技术,无需增加外围消散斑部件,从根本上消除了激光显示存在散斑的缺点1。在本设计中我主要研究了RGB激光光源中绿光激光器的温度控制设计,任务是使其控制在所设定的温度范围内。12国内外文献综述激光显示技术是继黑白显示、标准彩色显示和数字显示后的下一代显示技术。激光显示能实现传统显示所达到的所有先进技术指标,如大屏幕、高分辨率、数字化等,同时由于激光显示使用激光作为光源,激光的光谱是线谱,本身显现的颜色即为光谱色,且激光具有波长可选择和高光谱亮度的特点,因此用红、绿、蓝三色激光器作为光源的三基色所构成的三角形色域空间更大,且具有很高的色饱和度,其色域覆盖率可达荧光粉的2倍以上,可以覆盖人眼所能识别色彩空间的90%以上,远高于目前CRT电视、液晶电视、等离子电视30左右的覆盖范围,因此激光显示可以获得更高的饱和度、更丰富的颜色和更逼真的视觉效果,将彻底突破前3代显示技术中色域空间的不足,实现最完美色彩还原,使人们通过显示终端看到我们最真实、最绚丽的世界。而激光显示中最核心的器件为RGB激光器1。随着电子技术和微型计算机的迅速发展,微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术,也便随之而生,并得到日益发展和完善,越来越显示出其优越性。目前,单片微机已普遍地作用于生产过程的自动控制领域中。单片机以其体积小、价格低廉、可用其构成计算机控制系统中的智能控制单元和可靠性高等特点,受到广大工程技术人员的重视。温度是生产过程中最常见的物理量,许多生产过程是以温度作为其被控参数的。因此,温度控制系统是典型的控制系统2。哈尔滨理工大学学士学位论文213论文研究内容在现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中3。采用MCS51单片机来对激光器温度进行控制,不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。因此,单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。在本设计中我主要研究了RGB激光光源中绿光激光器的温度控制设计,任务是使其控制在所设定的温度范围内。系统需实现如下功能和指标1温度给定值在32℃左右并且现场可调;2温度控制误差≤2℃;3实时显示温度值;4用风机和加热器来实现温度的控制;5控制参数可在线修改。哈尔滨理工大学学士学位论文3第2章总体方案21基本设计思路首先进行主控制电路设计及元件的选择。本次设计选用AT89C51单片机来实现电路控制、运算等功能;选用温度传感器作为温度采集单元来实现温度数据的采集。确立主电路元件后,再根据设计要求指标进行其它控制电路的设计及元器件的选择。此温度控制系统设计选用加温和降温两方面来实现温度的稳定,分别通过单片机控制驱动电路。当继电器由主电路驱动后,分别控制所带控制电路动作,实现加温和降温功能,达到温控目的。此外,控制电路设计完毕后再进行其它电路设计。显示电路设计,通过单片机操作,将温度以十进制方式显示出来。电源电路,分别设计了5V电源用于主电路的电源要求,及12V电源用于带动加热及风机控制电路。温度控制系统就是将测得的实时温度送到单片机里与设定温度比较并进行相关转化,从而控制执行机构调整温度。当该系统接入电源后,数码管直接显示由温度传感器测得的当前温度。系统自行将由温度传感器测得的当前温送到实时温度显示器。当实测温度低于设定温度下限值时,由单片机控制加热驱动得电,加热器加热,加热指示灯亮,同时,风机控制为停止工作状态,风机动作指示灯灭。当实测温度高于设定温度上限值时,电热器停止加热,加热指示灯灭,单片机系统转换到降温控制口,调动风机进行控制,此时风机动作指示灯亮。22具体设计考虑221电路的基本设计方案方案一测温电路的设计,可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。方案二考虑使用温度传感器,结合单片机电路设计,采用一只温度传感器,直接读取被测温度值,之后进行转换,依次完成设计要求。比较以上两种方案,很容易看出,采用方案二,电路比较简单,软件设计容易实现,故实际设计中拟采用方案二。

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