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dq019 单片机 控制 节制 智能型 名茶 炒制机 设计

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浙江工业大学浙西分校 毕业设计 (论文 )开题报告 毕业设计 (论文 )起止时间： 2007 年 3 月 2 日 6 月 10 日 (共 17 周 ) 课题名称： 单片机控制的智能型自动名茶炒制机 学生姓名： 郑雪君 系 （部）： 信息与电子工程系 专业班级： 04 工自 (1)班 指导教师： 黄云龙、朱秋琴、廖东进 职 称 ： 副教授、 助教、 助教 报告日期： 一我国茶叶机械的现状及存在的问题 二单片机技术现状 单片微型计算机简称为单片机，是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的 储器、输入 /输出部件和时钟电路等。自问世以来，性能不断提高和完善，加之具有集成度高，功能强，体积小，供耗低，性能可靠，价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算机、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统，数字单片机的位数越来越多，精度也越来越高。另外，在需要极高响应 速度的控制场合，还出现了模糊单片机，它是专门执行模糊逻辑信号的器件，具有极高的模糊推理速度。 今天，还出现了不少高级语言的开发工具，这些系统经过仿真可在更高的开发平台上进行快速的开发，为单片机的广泛应用铺平了道路。所以，在未来的社会主义工业化建设中，单片机无疑会发挥更大的作用。 三单片机与制茶机相结合成的制茶机的优势和前景 优势 1、现在的茶机很难找到技术含量高、特别是可以实现自动化加工、连续化生产的机械产品而单片机正好可以弥补现在制茶机的缺点实现自动化、连续化生产。 2、单片机具有集成度高，功能 强，体积小，供耗低，性能可靠，价格低廉等特点在普通制茶机增加少量成本就可以实现自动化、连续化功能的大幅度提升。 前景 1、可以成套批量生产新型的制茶机。 2、可以对旧的制茶机进行技术改造，加装单片机控制系统使其在资金低投入的情况下使它的性能大幅度提高。 四 设计 (论文 )要解决的问题和拟采用的研究方法 本课题研究的主要工作 本课题的主要工作是实现单片机 对制茶机自动控制功能 近，便于用户使用。主要包括以下几个方面 : (1) 单片机 对加热系统的温度控制。 (2)单片机 对不同炒制阶段电动机转动系统的控制。 (3)单片机对划杆的控 制形成不同的炒法及力度。 单片机又称单片微控制器 ,它不是完成某一个逻辑功能的芯片 ,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。 可以说，二十世纪跨越了三个 “ 电 ” 的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称 。它由主机、键盘、显示器等组成 。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种 机械的单片机（亦称微控 制器 ）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的 “ 肚子 ” 里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词 “ 智能型 ” ，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太 简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上 单片机的几部份 一、总线：我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中 ，连连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很 多，但计算机 电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连， 所以就需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样 ，在各微处理器和各器件间单独连线线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引 入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的 8 根数据线全 部接到 8 根公用的线 上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两 个 器件同时送出数据，一 个为 0，一个为 1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是是不允许的，所以 要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有 多个器件同时接收）。器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称 控制 总线。 在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配 地址，才能 用，分配地址 也是以电信号的形 式 给出的，由于存储单元比较多，所以 ，用于地址分的线也 较多，这些线被称为地址总线。 二、数据、地址、指令：之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一样的 数字，或者说都是 字符 串 0 和 1 组成的序列。换言之，地址、指令也都是数据 。指令由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的 不同 一一对应关，不可以由 自己私自更改应该由单片机的开发者更改。地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内 存储 单元的地址值已由芯 片 设计者规定好，不可更改，外部的 存储 单元可以由单片机开发者自行决，但有一些地址单元是一定要有的 。数据 ：这是由微处理机处理的 对 象，在各种不同的应用电路中各不相同，一般而言，被处理的数据可能有这么几种情况： 1 地址（如 #1000H），即地址 1000H 送入 2 方式字或控制字（如 #3）， 3 即是控制字。 3 常数（如 #10H） 10H 即定时常数。 4 实际输出值（如 接彩灯，要灯全亮，则执行指令： 1， #0灯全暗， 则执 兄 令： 1， #00H）这里 0 00H 都是实际输出值。又如用于 字形码，也是实际 给 出的值 。 理解了地址、指令的本质，就不难理解程序运行过程中为什么会跑飞，会把数据当成指令来 运 行了。 三、 、 和 第二功能用法 初学时往往对 、 和 的第二功能用法迷惑不解，认为第二功能和原功能之间 要有个切换的过程，或者说要有一条指令，事实 是 ，各端口的第二功能完全是自动 的 ，不需要 用 指令来转换。如 别是 号，当微片理机外接 有外部I/O 口时，它们挥作第二功能，不能作为通用 I/O 口使用，只要一微处理机一执行到 令，就会有相应的信号从 出，不需要事先用指令说明。事实上 不能作为通用 I/O 口使用 也并不是 不能 而是（使用者） 不会 将其作为通用 I/O 口使用。你完全可以在指令中按排一条 S 且当单片机执行到这条指令时，也会使 为高电平，但使用者不会 这么做，因为这通常这会导致系统当溃（即死机）。 四、程序的执行过程 单片机在通电复位后 8051 内的程序计数器（ 的值为 0000 H，所以程序总是从 0000 单元开始执行，也就是说：在系统的 0 000 H 个单元，并且在 00 00 单元中存放的一定是一条指令。 五、堆栈 堆栈是一个区域，是用来存放数据的，这个区域本身没有任何特殊之处，就是内部 一 组成部 份，特殊的是它存放和取用数据的方式，即所谓的 先进后出，后进先出 ，并且 堆栈有特 的数据传输指令，即 甈 ，有一个特殊的专为其服务的单元，即堆栈指 针 当执一次 令时， （在原来值的基础上）自动加 1，每当执行一次 令，（在原 来值基础上） 自动 减 1。由于 的值可以用指令加以改变，所以只要在程序开始阶段更改了 ，就可以 把堆栈设置在规定的内存单元中，如在程序开始时 使 用一条 P， #5令，就时把堆栈设置在从内存单元60H 开始的单元中。一般程序的开头总有这么 一 条设置堆栈指针的指令，因为开机时， 初始值为 07H，这样就使堆栈从 08H 单元 开始往后 08H 到 1031 的第二、三、四工作寄存器区，经常要被使用，这会造成数据 的浑乱。不 过 作者编写程序时，初始化堆栈指令也不完全相同，这是作者的习惯问 题。当设置好堆栈区 后 ，并不意味着该区域成为一种专用内存，它还是可以象普通内存 区域一样使用，只是一般情 下编程 者不会把它当成 普通内存用了。 系统的硬件采用单片机控制，硬件组成主要包括 A/D、 D/A 转 换器 及其电路 ， 放大器及放大电路， 电源电路，热电偶 温度 传感器，控制电路，反馈检测电路，电压电流变换电路， 电机，输入设定与输出显示设备等。 元件的选取以系统各方面参数要求为准。 五 本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 重点研究与关键问题： （ 1） 单片机对温度的检测与控制 ； （ 2）单片机对电动机的控制 ； （ 3） 单片机对划杆的控制 。 解决思路： 片机温度控制的原理具体如下 ： 热电偶将炉温变 换为模拟电压信号 , 经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器 , 信号放大为 0 5 V 后送模 / 数转换器转换为数字量送 单片机 。同时 , 热电偶的冷端温度也由 度传感器变为电压信号 , 经放大和转换后送单板机。标度变换程度根据温检测值求得实际炉温 。数字调节器程序根据恒温给定值 0 与 的偏差 , 按积分分离的 制算法得到输出控制量数字触发器程序根据 制电阻炉子的导通时间 , 调节炉温的变化使之与给定恒温值一致。导通时间长 , 输出功率大 , 温度升高快 ; 导通时间短 , 输出功率小 , 温度升高变 慢。显示与恒温判断程序完成炉温 与恒温时间显示、恒温开始与恒温完成判别、恒温完成时给出声光指示信号。断偶判断程序根据温度检测值判断温度传感是否开路 , 若开路 , 则给出断偶报警信号。 片机温度检测的原理具体如下： 热电偶传感器检测到一个在 0 范围 的温度 值，因为热电偶的输出电压信号为 热电偶把测量到温度值转化成自己的输出电压信号输给毫伏变送器，毫伏变送器把热电偶输出的信号转化为 4电流 信号送给 电流 /电压变送器 。电流信号经过 电流 /电压变送器 的转化变 成 0电压 信号。测得的电流信号经过反馈电路反馈来使系统自动调节电阻炉的温度。 为了提高测量精度，变送器可以进行零点迁移 。 例如：若温度测量范围为0 热电偶给出 0，毫伏变送器零点迁移后输出 4电流。 这样，采用 8 位 A/D 转换器就可使量化温度达到 以内 。 2 单片机对电动机 控制的原理具体如下 ： 单片 机将给出一个脉冲信号给步进电动机， 步进电机将脉冲信号转变成角位移 ，因此步进电机转动。步进电机 是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而 电机的转速由脉冲信号频率决定。 它的工作原理如下： (1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为 D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C， D 相的通断。 (2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。 (3)控制步进电机的角位移 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。 六 设计 (论文 )完成进度计划 第 01 周至第 02 周：查阅中文及英文资料（并翻译一篇外文资料），收集模糊控制和恒压供水方面资料； 第 03 周至第 03 周：完成毕业设计（论文）开题报告，并开始进行毕业设计； 第 04 周至第 05 周：完成方案论证与比较设计； 第 06 周至第 07 周： ； 第 08 周至第 09 周： ； 第 10 周至第 12 周： ； 第 13 周至第 15 周：整理相关资料，完成毕业设计（论文）手稿及最终电脑打印的毕业论文； 第 16 周至第 16 周：毕业设计（论文）小组答辩； 第 17 周至第 17 周： 答辩。 七 指导教师审阅意见 指导教师 (签字 )： 年 月 日 八 教研室主任意见 教研室主任 (签字 )： 系 (签章 ) 年 月 日 说明： 论文 )课题任务的学生在接到“毕业设计 (论文 )任务书”、正式开始做毕业设计 (论文 )的第 2 周或第 3 周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。 论文 )课题 撰写本报告一份，作为指导教师、教研室主任审查学生能否承担该毕业设计 (论文 )课题任务的依据，并接受学校的抽查。 1 浙江工业大学浙西分校 毕业设计 (论文 )文献综述 课题名称： 单片机控制的智能型自动名茶炒制机 学生姓名： 郑雪君 系 （部）： 信息与电子工程系 专业班级： 04 工自 (1)班 指导教师： 黄云龙、朱秋琴、廖东进 职 称 ： 副教授、 助教、 助教 日 期： 1 文献 综述 摘要 ： 本设计 采用单片机控制的智能炒茶，传感器是利用热电偶的温差电动势来检测温度，传感器将采集到的模拟信号经过放大器及其放大电路的放大，传送给 A/D 转换器。 A/D 转换器把送来的模拟信号经过其转换电路，转换成单片机能读的数字信号。经转换的数字信号与单片机内部存储的设定温度值进行比较，看是否符合要求，而后单片机把已比较的数字信号经过光电隔离 再经过 D/A 转换反馈给可控硅。由可控硅对温度进行调控。 一 引言 3、 5 在我国现有的炒茶机的 各种机型中 很难找到技术含量高、特别是可以 实 现自动化加工、连续化生产的机械产品 的 不足与 缺点，本机械将单片机的体积小、功耗低、价格低、品种规格系列化、硬件具有广泛的通用性、有专门的开发系统等优点结合起来，对制茶机的炒制方法跟对炒锅温度的控制结合在一起，实现了自动化生产。 本文 根据 传统炒茶工艺中存在的不足和缺点，将单片机控制技术应用于炒茶工艺中，实现单片机控制的智能化炒茶。该系统解决了传统炒茶工艺中耗时长、对人员炒茶技术要求高、无法大规模生产等缺点。 通过生产新型机械和对旧机械的技术改造使制茶机能实 现茶机的连续化、自动化生产。 二 机械制茶机的现状 1、单片机技术现状 1、 4 单片微型计算 机简称为单片机，是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的 储器、输入 /输出部件和时钟电路等。自问世以来，性能不断提高和完善，加之具有集成度高，功能强，体积小，供耗低，性能可靠，价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算机、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统，数字单片机的位数越来越多，精度也越来越高。 2、 单片机在机械控制中的发展状况 电机是与电能的生产、传输和使用有着密切关系的电磁机构。在日常生活中，电机的使用随处可见，比如 :在很多场合大量使用各种电动机作为原动机，用以拖动各种机械设备 ;在军事、信息和各种自动控制系统中，使用大量的控制电机，作为检测、执行和计算等元件。 电机运动控制技术以电力半导体变流器件的应用为基础、以电动机为控制对象、以自动控制理论为指导、以电子技术和微处理器控制及计算机辅助设计 (手段，并且与检测技术和数据通信技术相结合，构成一门具有相对独立性的科学技术。在生产设备和过程自 动化中发挥着日益 重要的作用。 3、单片机对温度传感器控制 2 热电偶的工作原理 ： 两钟不同成分的导体（称为热电偶丝材或热电极）两 端接合成电路，当接合点的温度不同时，在回路中就产生电动势，这种现象叫热电效应，而这种电动势称为热电动势。热电偶就是利用这种原理进行温度补偿测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端，另一端叫做冷端：冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶实际是一种能量转换器，它将热能转化为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势力，应注意如下几个问题： （ 1）热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数； （ 2）热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成分和两端的温差有关。 （ 3）当热电偶的两个热电偶丝材料成分确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关。 铜 铜镍 （康铜） 热电偶，分度号 T，它的正极是铁，负极是 铜镍 合金。测温范围为 +350。 150时的热电势为 要特点是：精度高、热电极的均匀性好；因铜热电极易氧化，并且氧化膜易脱落，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超过 300，在 +300范围内，它们灵敏度比较高 。 热电 偶 测温 原理 图 单片机对温度传感器的工作过程 测量放大器的特点 运算放大器对微弱信号的 放大，仅适用于信号回路不受干扰的情况。然而，传感器的工作环境往往比较恶劣，在传感器的两个输出端上经常产生较大的干扰信号，有时是完全相同的，完全相同的干扰信号称为共模干扰。虽然运算放大器对直接输入到差动端的共模信号有较强的抑制能力，但对简单的反相输入或同相输入接法，由于电路结构的不对称，抵御共模干扰的能力很差，故不能用在精密温度传感器 单片机 放大器及放大电路 A/D 转换器及 电路 3 测量场合。因此，需要引入另一种形 式的放大器，即测量放大器，又称仪用放大器、数据放大器，它广泛用于传感器的信号放大，特别是微弱信号及具有较大共模干扰的场合。 测量放大器除了对低电平信号进行线性放大外，还担负着阻抗匹配和抗共模干扰的任务，他具有高共模抑制比、高速度、高精度、宽频带、高稳定性、高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声等特点。 放大电路框图 模数转换器是连接模拟和数字世界的一个重要接口。 A/D 转换器将现实世界的模拟信号变换成数字位流以进行处理、传输及其他操作。 A/D 转换器的选择是至关重要的。所选择的 A/D 转换器应能确保模拟信号在数字 位流中被准确地表示，并提供一个具有任何必需的数字信号处理功能的平滑接口，这一点很重要。目前的高速 A/D 转换器已被应用于各种仪表、成像以及通信领域中。对用户而言，所有这些应用都有着相似的要求，即以较低的价格实现更高的性能。 A/D 转换器的工作过程框图 用于评定 A/D 的最常用性能参数如下： 信噪比（ 信号与噪声加失真之和之比（ 无寄生动态范围（ 滤波 采样保持 编码 4 差分线性误差（ 积分线性误差（ 有效位数（ 增益误差 功耗 三、系统的方案设计与工作过程 基于单片机控制的温度控制系统构成如下图所示，系统采用热电偶检测温度经过放大后 A/D 转换成数字信号给单片机，由单片机内部设定的温度数值进行比较，查看是否超过温控警报，再经过过零检测后经过光电隔离反馈给出可控硅进行对电炉的温度控制。 单片机温控的总体构成框图 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 1 浙江工业大学浙西分校 毕业设计（论文） 题 目： 单片机控制的智能型名茶炒制机 作 者： 郑雪君 系 （部）： 信息与电子工程系 专业班级： 04 工业电气自动化 (1)班 指导教师： 黄云龙，朱秋琴，廖东进 职 称： 副教授，助教，助教 2007 年 6 月 4 日 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) I 摘 要 本文 根据 传统炒茶工艺中存在的不足和缺点，将单片机控制技术应用于 炒茶工艺中，实现单片机控制的智能化炒茶。该系统解决了传统炒茶工艺中耗时长、对人员炒茶技术要求高、无法大规模生产等缺点。 本机械将单片机的体积小、功耗低、价格低、品种规格系列化、硬件具有广泛的通用性、有专门的开发系统等优点结合起来，对制茶机的炒制方法跟对炒锅温度的控制结合在一起，实现了自动化生产。 本文根据热电偶测温再经过放大器放大， 模拟量经 A/D 转换器转换 ，转换成数字信号传送给单片机，数字量和单片机内部存储数据 比较 后， 再经过光电隔离 ， 再控制可控硅进行对温度的控制。本 设计以 8031 单片机为主体的控制系统构成一 个能进行较复杂的数据处理和复杂控制功能的智能控制器，使其既可与微机配合构成控制系统，又可作为一个独立的单片机控制系统，具有较高的灵活性和可靠性。单片机根据输入的各种命令，进行智能算法得到控制值，输出脉冲触发信号，通过过零触发电路驱动双向可控硅，从而加热电炉。 关键字 :温度控制 ；热电偶传感器； A/ 单片机 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) to to in to in to to in to to to be to be so on is so on to to to in , to on to on to 031 as to be to on of to be an a of on to to up A/D 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 录 摘 要 . . 第 1 章 绪论 . 1 第 2 章 单片机对炒茶过程的控制及各部分参数要求 . 5 炒茶的总体过程及框图 . 5 炒茶各环节的参数要求 . 6 鲜叶摊放 . 6 青锅 . 6 微波加热 . 6 摊凉回潮 . 6 辉锅 . 6 单片机对炒茶过程的控制及框图 . 6 第 3 章 单片机对温度传感器的控制 . 8 . 8 . 8 . 8 . 8 . 9 . 9 . 10 . 11 （ 8155扩展芯片） . 25 155的结构和引脚 . 25 155的控制字的及其工作方式 . 27 155与 8031的连接 . 27 警、复位和时钟电路的设计 . 28 . 28 . 29 . 30 . 31 . 31 . 31 . 32 . 34 . 34 . 36 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) . 36 第 5 章 系统的软件设计 . 37 . 37 . 38 . 39 结论与展望 . 40 参考文献 . 41 致 谢 . 42 附录 . 43 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 1 第一章 绪 论 言 在我国现有的炒茶机的 各种机型中 很难找到技术含量高、特别是可以 实 现自动化加工、连续化生产的机械产品 的 不足与缺点，本机械将单片机的体积小、功耗低、价格低、品种规格系列化、硬件具有广泛的通用性、有专门的开发系统等优点结合起来，对制茶机的炒制方法跟对炒锅温度的控制结合在一起，实现了自动化生产。 本文 根据 传统炒茶工艺中存在的不足和缺点，将单片机控制技术应用于炒茶工艺中，实现单 片机控制的智能化炒茶。该系统解决了传统炒茶工艺中耗时长、对人员炒茶技术要求高、无法大规模生产等缺点。 通过生产新型机械和对旧机械的技术改造使制茶机能实现茶机的连续化、自动化生产。 械制茶机的现状 据估算，目前全国 70%以上的茶己全部或部分使用机器炒制， 自 20 世纪 60 年代出现炒茶机械化以来，各种杀青机、理条机、烘干机均有快速发展，各种机器的加工质量在各自相应的工序中能达到甚至赶超手工炒茶相应工序中的质量，但是每种机器只能完成一道或两道土序，因此加工效率较低 ， 20 世纪 90 年代以来研制的多功能炒茶制机 ，如 6多功能机集杀青、理条、压扁、辉干于一体，大大提高了炒茶的加工效率，但各工序之间是脱节的，即不能进行流水线生产。 近年试制的电脑控制型龙井茶炒制机将土艺参数贮存于控制器中，对龙井茶加土过程中的温度、时间、转速及加压、停机等动作进行了自动控制，实现了龙井茶青锅与辉锅的自动化加工，进一步提高了加工效率，但是，受该系统中多功能机结构的限制，并没有实现流水线生产。因此，为了进一步提高炒茶制机的自动化水平，实现炒茶的流水线生产，迫切需要研制适用于连续加工的多功能炒茶机 。 片机技术现状 单片机可应用于电话机、寻呼机、对讲机等电信设备，电视机、录像机、摄像机、洗衣机等家用电器，电子玩具，计算机外围设备，办公自动化设备，工业控制设备、仪器仪表，军用设备等等。有人这样说 :“凡是能想到的地方，单片机都可以用得上”，这并不夸张。全世界单片机的年产量数以亿计，应用范围十分广阔，许多科技期刊还专门开辟了单片机专栏。 单片机应用的意义不仅仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益，更重要的还在于从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。以前，必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能， 现在已能使用单片机通过软件方法实现了。这种以 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 2 软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称之为微控制技术。微控制技术标志着一种全新概念，随着单片机的推广普及，微控制技术必将不断发展和日趋完善，而单片机的应用必将更加深入、更加广泛。 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 、低功耗、小体积、大容量、高性能、低 价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势 : (1) (2)低功耗化 (3)低电压化 (4)大容量化 (5)高性能化 (6)外围电路内装化 串行扩展技术在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位 各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机 “ 单片 ” 应用结构的发展。特别是 I C、 串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。 随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在单片机家族中， 80之 其 51系列中的 80核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名 造厂商，如 邦等，这些公司都在保持与 80片机兼容的基础上改善了 80许多特性。这样， 80变成有众多制造厂商支持的 ，发展出上百品种的大家族，现统称为 80列。 80片机已成为单片机发展的主流。专家认为，虽然世界上的 能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明， 80能最终形成事实上的标准 我国在 80 年 代初就开始引进了单片机，在资金严重不足的情况下，自行研制了开发工具和应用软件，根据我国的实际生产需要和借鉴国外单片机应用实例，逐步在我国开展了单片机的应用工作，现在各行各业都可看到单片机应用的踪迹。 与世界的单片机发展，应用情况相比，我国处于相当落后的状态。据统计， 1995年我国单片机产品的实际产量仅为 1000 万片，占世界产量的百分之几，人均单片机的拥有量还不足一片。从单片机使用角度看，我国单片机使用面虽广，但是使用的批量也仅集中在空调，洗衣机及电饭煲等家用电器中。可见我国的单片机市场很大，尤其在智 能仪表和智能传感器，通讯，测控网络和现场总线，农用单片机以及智能 以大大拓帘单片机应用领域 。 片机在机械控制中的发展状况 电机是与电能的生产、传输和使用有着密切关系的电磁机构。在日常生活中，电机的使用随处可见，比如 :在很多场合大量使用各种电动机作为原动机，用以拖动各种机械设备 ;在军事、信息和各种自动控制系统中，使用大量的控制电机，作为检测、执行和计算等元件。 电机运动控制技术以电力半导体变流器件的应用为基础、以电动机为控制对象、以自动控制理论为指导、以电子技术和微 处理器控制及计算机辅助设计 (手段，并且与检测技术和数据通信技术相结合，构成一门具有相对独立性的科学技术。在生产设备和过程自 动化中发挥着日益 重要的作用。 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 3 真正意义上的电机运动控制系统是在 20 世纪 30 年代出现的，当时是晶闸管、引燃管，而后是磁放大器、磁饱和电抗器作为静止变流器，形成了新一代电机运动控制系统。 随着新型电力电子器件、自动控制理论以及微处理器技术的发展，电机运动控制系统发生了巨大的变革。到了 21 世纪的今天，电机运动控制系统的技术水平更是提高到了一个新的高度，无论是应用的广泛程度，还是研究的 深入程度都是过去人们想象不到的。 片机在温度控制中的应用 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样性，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。在科研、生产中，常常需要对某些系统进行温度的监测和控制。需检测和控制的温度系统一旦确定，其热惯性大小和散热等各项硬件条件就确定了。这时，影响系统热平衡的因素主要有：系统温度 T、设定温度 统周围的环境温度 及加热方式和调节方法。目前已有的实现温控的方法有很多 种，如：油浴恒温法、比例式、积分式及其组合的调节方法等等，其中有的方法达到热平衡需要的时间很长，但是其控温精度很高，而有的是达到热平衡的时间短，但其控温精度却不够高。 传感器的发展现状 温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。根据美国仪器学会的调查， 1990 年，温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从 17 世纪初伽利略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是 1821 年由德国物理学家赛贝发明的，这 就是后来的热电偶传感器。五十年以后，另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。 温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，发展最快。众所周知，日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化。 最常用的热电阻和热电偶两类产品。 题来源，研究内容及研究结果 1、 课题来源：单片机控制的智能化技术在炒茶中的实际应用。 2、 研究内容：本设计研究了炒茶过程在单片机控制下，如何运用热电偶温度传感器检测温度，在用反馈程序校正正确温度。除此之外，在硬件电路设计上考虑如何采用各种措施减小系统干扰，提高系统的稳定性，可靠性。 3、 研究结果：经过研究设计，实际运行，该系统具有以下基本功能 : 用户可根据茶叶的品种特点来进行炒茶温度的调整。 智能型自动炒茶。 具有故障检测功能，当各元件出现问题时，可自动报警。 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 4 可显示当前温度。 系统死机时，可自动复位恢复工作。 业设计任务 本次毕业设计课题是变频调速恒压供水 系统，我的主要任务是应用软件设计和模糊控制器的设计，大体为以下五项内容： 1、 单片机控制智能炒茶技术现状和发展 ： 主要介绍其系统的目的和意义，单片机的发展史一直到广泛应用，随着技术的发展，其优越性越来越多，主要是 低功耗化 、 低电压化 、 大容量化 、 高性能化 、 外围电路内装化 。 2、 单片机炒茶控制系统的 框图及个主要参数要求 ， 主要介绍茶叶炒制过程及在其炒制过中要注意的几点要求 ， 单片机对其温度系统的控制框图 。 3、 系统硬件设计（主电路、控制电路） ，涉及到炒茶机械系统的概述和系统的优缺点及其操作步骤，温 度传感器的发展及在炒茶过程中的应用，放大器及其电路的介绍， A/选择及其主要功能和构成图。 4、 单片机系统的扩展，主要介绍了常用器件的扩展，存储器的扩展，数据存储器的扩展，单片机 I/O 接口的扩展，单片机控制的主电路的设计，温度传感器的设计，人机界面设计，前向输入通道设计和后向输出通道设计，及一些系统的可靠性设计。 5、 应用软件设计 ： 主要介绍了控制系统程序设计主要包括初始化程序、停机程序、主运行程序、报警程序；整个系统程序的工作过程以及编程中应注意的细节。 总之，在本次设计中，必须完成 图表：论文说明书、控制电路图、 程序流程图、程序清单等。 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 5 第二章 单片机对炒茶过程的控制及各部分参数要求 茶的总体过程及框图 图（ 1）炒茶过程的框图 鲜叶摊放 6青锅 8摊凉回潮 回潮 40锅 4微波加热 使茶叶水份符合标准 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 6 茶各环节的参数要求 叶摊放 一般鲜叶摊放厚度 3-6 放 6手感捏叶有自然弹性，不粘手不戳手，含水量 68%一 70%时炒制。 锅 炒制机，投叶炉膛温度一般在 240 (相当于锅体 120左右 )，将鲜叶快速均匀地投入锅中，可听到“喳喳 .”响声。每锅投叶量为 250 一 450g，炒手带着鲜叶，锅内茶叶翻炒 2-3 ，叶了开始萎瘪，梗了发软，叶色发绿， ， ，炒手开始捺扭茶叶。初始宜轻，以后根据茶叶干燥程度逐步加重压力，并用微电脑控制调控方式讲行炒制，促使芽叶扁平成条，至手感芽条还有韧性，含水率在感茶条还有韧性，含水率在 30%一 40%时即可停机出叶。青锅时间一般需 8 右。 波加热 当茶叶经过青锅后在同一时间经过烘箱传送加热 ,并通过微波技术使茶叶的水份达到要求 使得机器茶有人 工茶的口感 。 凉回潮 快 速摊凉，并回潮 40簸、拣筛后即可辉锅。 锅 炒制机辉锅，投叶炉膛温度一般在 200 (相当于锅体 80左右 )，青锅叶两锅并一锅均匀地投入锅中，芽叶自然翻炒 1感回软发烫，调整炒手扭力，采用微电脑调控方式进行压捺、摊磨。炒制 1. 5 右，茶条手感还有韧性，折不断时，调整炉膛温度下 170左右，加扭程度到最重，然后再炒制 1 右，其间适时调整微电脑调控方式，至茶叶扁平光滑，折为断时，即可调减压力，停机出叶。辉锅时间一般 需 4 片机对炒茶过程的控制及框图 框图中 各部分参数具体说明如下： （ 1） 1#锅体温度： 青锅 投叶炉膛温度在 240 (相当于锅体 120左右 )。 （ 2） 2#锅体温度：青锅在 2-3 整炉膛温度至 220左右 。 （ 3） 3#烘箱温度：青锅开始时烘箱升温，使得茶叶喊水在 30 40。 （ 4） 4#锅体温度：辉锅投叶炉膛温度在 200(相当于锅体 80左右 )。 （ 5） 5#锅体温度：辉锅炒制 整炉膛温度至 170左右 。 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 7 图（ 2） 炒茶温度控制系统框图 单 片 机 温度设定 温度显示 温度报警 传感器 温度检测 2#温度控制 1#锅体温度 120 1#温度控制 4#锅体温度 80 2#锅体温度 110 4#温度控制 5#温度控制 5#锅体温度 70 3#温度控制 3#微波传感器控制温度 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 8 第三章 单片机对温度传感器的控制 械 系统 概述 机型主要由长形半圆炒茶锅、长形炒叶板、传动机构、热源装置、控温仪表和机架等组成。长形半圆炒茶锅用薄钢板卷制，直径约 60口后半部装有挡叶罩板，中部装有主轴，主轴两端通过放射形撑杆装有 4 块长板形炒手，炒板上敷有弹层。炒叶板由主轴带动可实现对锅内加工叶的翻炒，由于主轴两端弹性装在机架上并在凸轮轨道的控制下，使得炒叶板通过锅底时与锅壁间隙最小，从而实现加压 ;为了使加压更有效，同时 还设有脚踏板，当踩下踏板后通过连杆使整个主轴和炒叶板部件向下，炒叶板便对加工叶施以重压并使其在锅壁上产生一定滑动，起到磨光作用。锅的下方装有热源装置，使用温控仪调控锅温 。 统的组成 炒制机由曲线形炒茶锅、机架、热源、炒手、加压装置、传动结构和微电脑控制系统等机构组成，曲线形炒茶锅以薄钢饭冲压而成。机架山角钢焊接，外装护板，炒茶锅、热源、传动机构、加压装置都装在机架。热源采用电热管加热，设置在炒茶锅下部，以硅藻上保温材料一隔热，通过微电脑控温系统的温控设置，直接对锅体加温、炒手由炒板和划杆组成。 划竿是一块直线形钢片，一端折边，与炒板一起联结在炒叶锅内部的炒动轴和凸轮上。传动机构山电机 ,V 带、链轮、减速箱组成，带动传动轴，使炒乎在凸轮轨迹上顺时针运转。 统优点 茶炒制机结构较为简单、易于操作，使用得当情况下炒制的龙井茶和扁茶品质较好，加上机器加工制造技术也较简单 ，成本也比较低而且能对旧机器进行改造。 制系统的工作步骤 炒手在微电脑控制系统的调控下，形成二种不同的炒制方式 ： 第 1 种是炒板在锅内塌炒一下，翻炒一下 ； 第 2 种是炒板在锅内塌炒一下，翻炒一下 ； 第 3 种是炒板在锅内塌炒一下， 翻炒一下。因此，产生不同的炒制效果。加压装置采用手调和脚踏相结合，其连杆联接凸轮，通过调整凸轮的位置，使加压的轻重效果不同，加压轻重程度由机架上的导杆显小 。 炒制机作业时，热源对炒叶锅加热，开动电机，传动机构带动传动轴，使炒手在凸轮轨迹上作顺时运转。在适宜温度控制下，将鲜叶均匀投入炒茶锅内，随着炒板和划竿运转，并通过锅壁的高温炒制，加上叶的酶活性很快被破坏，完成杀青上序。加上叶在炒制过程中，由于炒叶板、划竿的特殊结构与炒茶锅的有机结合，加上叶能够沿轴向顺序排列，被不断翻炒卷紧，得以杀青、理条。当杀青叶理 条到一定程度，可用控制力式进行炒制，直至完成青锅作业。青锅叶摊凉回潮，使茶条水分分布均匀。摊凉结束，将青锅叶两锅的量投入一锅，继续翻炒理条，待茶条回软时理条结束，加 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 9 重炒手，采用适宜调控方式进行炒制，在不同力的作用下，使加上叶在干燥的同时使茶条变得扁平光滑，直到全部成形，完成龙井茶个程加上。为了适应不同炒制阶段的上艺需要，微电脑控制扁形茶炒制机设置不同的炒制力式和路径，使炒板的炒制动作可按加上叶进程变化需要灵活调控掌握 ;同时，微电脑控制系统可根据炒制过程中锅温需要灵活调控电热管开关，保证加上叶质量 。 片机对温度传感器的控制过程 图（ 3）单片机控制温度传感器的框图 度传感器的概述 近百年来温度传感器的发展大致分为三个阶段： 1、 传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。 2、 模拟集成温度传感器 /控制器。 3、 智能温度传感器。 目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。 分立式温度传感器 模拟集成温度传感器 模拟集成温度控制器 智能温度传感器 智能温度控 制器 度信号测量 温度信号测量由三端稳压器 测电压输入绝对值大于参考电压）， 输出低电平 1916 路选通脉冲输出端。 个选脉冲宽度为 18个时钟周期，两个相邻脉冲之间间隔为 2个时钟周期 2023 3 中 最低位， 出三位完整的 ，即09十个数字中任何一个都可以。但在 3除了表示千位的 0或 1外，还表示了转换值的正负极性和欠量程还是过量程 24 电源端。典型值为 +5V 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 17 5图（ 12） 5功能框图 二、 极限参数 电源电压： 18V； 任意端输入电压： 任何端最大允许电流： 10 存储温度： +150。 三、 推荐工作状态 表 3作状态表 参数名称 符号 最小值 典型值 最大值 单位 电源电压 5 +5 V 模拟输入电压 2 +2 V 电源 电流 2 +2 钟频率 60 作温度 40 +85 参考电压 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 18 四、 应用信息 尽管 5为使其工作于最佳状态，也必须注意外部电路的连接和外接元件的选择，其实际连接电路如图所示。为了提高电源抗干扰的能力，正，负电源分别通过去耦电容 2 连。图中 和选择连续转换方式，使每一次转换的结果都输出。 图（ 13） 5外 部连接电路图 当 V， 6 2V，则 80 200 8接失调补偿电容固定为 接时钟电阻 70 66 0040际电路中一般取 00 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 19 第四章 单片机系统的扩展 统扩展概述 51 系列单片机的功能较强，从一定意义上说，一块单片机就相当于一台单片机的功能。这就使得在 智能仪器、仪表、小型检测及控制系统、家用电器中可直接应用单片机而不必再扩展外围芯片，使用极为方便。但对于一些较大的应用系统来说，单片机片内所具有的功能将显得不足，这时就必须在片外连接一些外围芯片。这些外围芯片，既可能是存储器芯片，也可能是输入 /输出接口芯片。 一、 系统的扩展一般有以下几方面的内容： 外部程序存储器的扩展； 外部数据存储器的扩展； 输入 /输出接口的扩展； 管理功能器件的扩展（如定时 /计数器、键盘 /显示器、中断优先编码等）。 二、 系统扩展的基本方法： 1、 使用 小规模集成电路进行扩 展。这是一种常用的简单扩展方法。根据微机系统与总线相连应符合“输出锁存、输入三态”的原则，可以选用 存器作为输出口，三态门作为输入口。例如，可以采用 74748282、 8283 等器件作为具有锁存功能的输出口。选用 8282、 8287、 7474器件作为三态输入口。也可以采用 D 触发器、 R S 触发器作为外设与 通信的应答联络控制电路。这种扩展方法适用于较简单的扩展系统。 2、 采用 80/85 微处理器外围芯片来扩展。由于 司在研制单 片机时使其具有 80/85 的总线标准，从而可以用 80/85 系列的外围芯片来扩展 51 单片机系统。 3、 采用为 48 系列单片机设计的一些外围芯片，其中许多芯片可直接与51 系列单片机选用。 4、 采用与 80/85 外围芯片兼容的其它一些通用标准芯片。 图（ 14） 单片机温度 控制系统的总体框图 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 20 用扩展器件简介 一、总线驱动器 74线驱动器 7474 74单向的内部有 8个三态驱动器，分成两组，分别由控制端 1G 和 2G 控制；双向的有 16 个三态驱动器，每个方向 8 个。在控制端 G 有效时（ G 为低电平），由 控制驱动方向； “ 1”时方向从左到右（输出允许）， 0”时方向从右到左（输入允许）。 74 15） 所示。 1G 1115） 74引脚 二、地址锁存器 744结构示意图如图 （ 16） 所示。 态门16） 74结构图 其中： 1D 8个输入端。 1Q 8个输出端。 当 1”时 ,锁存器输出端状态 (1Q 8Q)同输入状态 (1D 8D)；当 1”变“ 0”时 ,数据打入锁存器中。 当 0时 ,三态门打开 ;当 1时 ,三态门关闭 ,输出呈高阻。 在 51单片机系统中 ,经常采用 74其连接方法如图 （ 17） 所示。其中输入端接至单片机的口，输出端提供的是地址的低位，端接至单片机的地址锁存器信号。输出允许端 地表示输出三态门一直打开。 信息与电子工程 系毕业设计 (论文 ) 21 17） 74结构图 储器的扩展 序存储器的扩展 半导体存储器分为随机存取存储器（ 只读存储器（ 大类，前者主要用于存放数据，后者主要用于存放程序。只读存储器的特点是信息一旦写入之后就不能随意跟更改，特别是不能在程序运行过程中写入新的内容，而只能读出其中的内容，故称之为只读存储器；只读存储器的另一个特点是断电以后信息不会消失，能够长久保存。 只读存储器是由 的接通或 断开来存储二进制信息。按照程序要求确定 储阵列中各 据编程方式的不同， 种： 1、 掩摸 、 可编程 3、 可擦除 2 一、 介 1、 2764的引脚 自从 前比较广泛采用的是 2764芯片为双列直插