开题报告-郑雪君

信息与电子工程 系毕业设计 (论文) 毕业设计 (论文)开题报告信息与电子工程 系工业电气自动化 专业04级 1 班课题名称：单片机控制的智能型名茶炒制机毕业设计(论文)起止时间：2007年3 月2 日6 月13 日(共17周)学生姓名： 郑雪君 学号：3040221122指导教师： 黄云龙，朱秋琴，廖东进 报告日期： 2007.03.13 1本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述一我国茶叶机械的现状及存在的问题1.1现状我国是茶叶的故乡，具有悠久的茶叶种植、加工历史，形成了各具特色的六大茶类加工艺。茶叶性味甘，苦，微寒，是我国传统的天然保健饮料。人们已经发现茶叶中所含的化学成分达500多种，其中主要成分有咖啡碱、茶多酚、蛋白质、氨基酸、糖类、维生素、脂质、有机酸等有机化合物，还含有钾、钠、镁、铜等28种无机营养元素，各种化学成分之间的组合比例十分协调。茶叶加工机械经过长期的探索、发展，机械化程度大大提高，红(碎)茶加工已基本实现机械化;炒青绿茶加工机械较完整、配套;珠茶加工，由于60年代珠茶炒干机的出现，极大地降低了劳动强度和提高了生产能力，茶机有力地促进了茶叶生产的迅速发展。近年来，我国茶叶产品有了较大变化，特别是茶叶产品结构的大幅调整，已从以大宗茶生产为主转向以名优茶的生产为主，名优茶产品成为主导产品，带动了名优茶机械的大发展，先后出现了名优茶整形机、理条机、扁形茶多功能机等一系列适合各种名优茶外形的名茶加工机械。但制茶机械的自动化和连续化程度仍然较低。近年来在制茶机械自动控制方面也有所突破，如以继电器为基础控制元件的自动控制技术在匀堆拼配设备中应用;机电控制系统在揉捻机上的应用;1987年通过部级鉴定的“计算机控制茶叶烘干机”及在乌龙茶做青工艺中的应用;电脑控制型龙井茶炒制机的研制成功等，这些研究成果对我国茶叶机械的自动化和连续化必将起到推动作用1.2存在问题经过几十年的发展，我国制茶基本实现了机械化，自动控制也在某些机型上得到应用。主要反映在茶叶机械技术含量不高，虽然从茶机发展之初起，我国茶业界与茶机界人士一直在思考、探索茶叶加工自动化、连续化，经过多年的发展一些机型也基本实现自动化，但仅局限单机作业，离机电一体化程度差距较大。近几年各种名茶加工机械如雨后春笋不断出现，这从历年浙江省茶机公司举办的茶叶机械展销会就能得到印证。二单片机技术在炒茶控制中的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CPU、存储器、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。2设计(论文)要解决的问题和拟采用的研究方法本设计（论文）要解决的问题有以下几个方面：（1）系统整体方案的确立（2）系统软件与硬件的设计（3）元件的选取系统的方案包括自动控制方案，温度控制方案。本题采用热电偶测温经放大电路放大后经过A/D转换再由单片机控制的智能炒茶。温度传感器单片机放大器及放大电路A/D转换器及电路单片机控制温度传感器的框图 热电偶是根据热电效应的原理制成的，其特点是:结构简单、价格便宜、测量范围广、准确度高;缺点是要有温度补偿，长期使用要定期检查和更换。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。热电偶测温原理图热电偶冷端温度补偿方法用热电偶测量温度时，热电偶的工作端（热端）被放置在待测温场中，而自由端（冷端）通常被放在0的环境中。若冷端温度不是0，则会产生测量误差，此时要进行冷端补偿。冷端补偿方法较多，在本次的设计中我们采用的冷端温度补偿为电桥式冷端补偿。对与冷端温度补偿器，在工业上采用如图所示补偿电桥的冷端补偿电路。热电偶冷端温度补偿电桥集成运算放大器组成测量放大器的特点：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。测量放大器的组成 测量放大器的基本电路如图所示。 测量放大器原理图零点漂移可描述为：输入电压为零，输出电压偏离零值的变化。零点漂移是怎样形成的：运算放大器均是采用直接耦合的方式，我们知道直接耦合式放大电路的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微弱变化现象：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。产生零漂的原因是：晶体三极管的参数受温度的影响。解决零漂最有效的措施是：采用差动电路A/D转换器及其电路滤波采样保持编码A/D转换器的工作过程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。速度与分辨率的关系分辨率是指转换器能够复制的位数精度：分辨率越高，则结果越精确。分辨率以位来计量。目前市场上的高速A/D的分辨率为816位，速度为24Gsps。速度和分辨率始终是一对矛盾。分辨率的增加通常会导致可实现速度的降低。A/D转换器的选择及连接5G14433是我国制造的31/2位模/数变换器，是目前市场上广泛流行的最典型的双积分模/数变换器。该芯片具有抗干扰性能好、转换精度高、自动校零、自动极性输出、自动量程控制信号输出、外接元件少、价格便宜等特点。因此广泛应用在低速微控制器应用系统，智能仪表和数字三用表等领域。5G14433与国外型号MC14433兼容。5G14433的结构和引脚如图所示为引脚图，下表为引脚功能表。引脚图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。3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）单片机对温度的控制与检测；（2）传感器的数据转换；解决思路：1.1单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05 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IC 温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PID 控制算法得到输出控制量ui 。数字触发器程序根据uc 控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。1.2单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0-1000范围的温度值，因为热电偶的输出电压信号为0mV-41.32mV。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4mA-20mA的电流信号送给电流/电压变送器。电流信号经过电流/电压变送器的转化变成0-5V的电压信号。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0-400，热电偶给出016.4mV时，毫伏变送器零点迁移后输出4mA-20mA范围电流。 这样，采用8位A/D转换器就可使量化温度达到1.96以内。温度传感器单片机放大器及放大电路A/D转换器及电路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。滤波采样保持编码 A/D转换器的工作过程DAC7521数模转换接口 数模转换电路的主要任务是:单片机输出的数字量转换成可控硅过零触发电路所需的模拟控制量。D/A转换器的接口逻辑如图所示。 数模转换接口电路DAC7521从8031的8位数据线上获取12位的数据必须分两次进行。为了防止D/A转换书输出会有“毛刺”现象，这里采用了两级缓冲器结构。即8031先把低8位送入第一级缓冲器，然后再送高4位数据时，同时选通第二级的两片74LS373构成的第一级缓冲器，使12位数据同时出现在DAC7521的数据输出线上，进行D/A转换。D/A输出的电流经OP07反相后变为010 V的电压信号。4完成本课题所必须的工作条件(如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等)及解决的办法C语言程序设计 胡建平 主编 天津大学出版社单片机原理与应用 陈建铎 主编 科学出版社51单片机C语言应用程序设计实例精讲 戴佳 戴卫恒 编著 电子工业出版社、MCS-51单片机实用接口技术 第1版 1992 李明华著 北京航空航天大学出版社、单片机原理及其接口技术 第二版 胡汉才著 北京:清华大学出版社、MCS-51系列单片机系统及其应用 蔡美琴等著 高等教育出版社5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），收集单片机和温度传感器方面资料；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