吴旭志自动控温的韧化机控制装置的设计

自动温控增韧机控制装置的设计吴，尹开强(长春大学电子信息工程学院电气与自动化工程系，吉林，长春，130022)为了实现工业生产的智能化和自动化，设计了一种温度自动控制的增韧机控制装置。该装置以STM32F103ZET6单片机为主控芯片，外部辅助有按键输入电路、温度采集电路、液晶显示电路、A/D转换电路、蜂鸣器报警电路、输出电路和工件夹紧释放装置。该装置可以实现工件的夹紧和释放，温度的实时显示，加热温度和加热时间的设定。关键词： STM32F103ZET6微控制器；Pt100温度传感器；增韧机介绍现代自动化生产的一项重要任务是密切关注温度的变化，并将温度控制在要求的范围内。不同的产品和不同的生产方法对工艺有不同的要求。因此，温度控制也以不同的方式实现。传统的温度测量方法通常使用温度计读数。温度计跟不上环境温度变化引起的温度上升或下降。这种方法将消耗大量的人力和物力。此外，温度的快速变化无法及时同步测量，导致控制效果不佳。2.硬件电路设计该系统采用STM32F103ZET6作为核心处理器。其他电路主要包括：LM2596电源模块供电电路、Pt100温度传感器检测电路、按键输入设定温度和时间电路、模数转换电路、温度变送器电路、液晶显示器实时温度电路、步进电机驱动器驱动步进电机夹紧聚氯乙烯管电路、蜂鸣器报警电路和加热模块构成的输出电路。Pt100温度传感器用于测量加热体的温度。被测温度模拟量经ADS1115模块A/D转换后，转换后的数字量传送给STM32F103ZET6单片机。单片机将获得的温度与设定的控制温度进行比较。通过对单片机温度设定、控制、测量和显示电路的设计，实现了自动温度控制和实时温度显示的功能。实现了站内聚氯乙烯管材的夹紧和松开功能，实现了汽车聚氯乙烯管材造型的固化和成型功能。系统总体设计框图如图2.1所示。图2.1系统总体设计框图2.1 STM32F103ZET6主芯片STM32F系列是一款中低端的32位ARM微控制器。这一系列芯片由意法半导体公司生产，其核心是M3皮质。ARM的Cortex-M3是一款32位RISC处理器，它提供额外的代码效率，并在典型的8位和16位系统的存储空间中充分发挥ARM内核的高性能。STM32F103ZET6引脚图如图2.2所示。图2.2 STM32F103ZET6引脚图2.2关键电路设计该系统需要7个键来分别控制输入值加、值减、确认、退出和PID参数的设置。按键输入电路示意图如图2.3所示。图2.3按键输入电路示意图2.3温度传感器模块的电路设计Pt100温度传感器类似于日常生活和工业中使用的传感器。这是一个可以转换温度值并传输标准信号的模块。这种传感器常用于日常生活和工业生产中测量和控制工程过程参数中的温度。与温度传感器匹配的变送器只有两部分：传感器和信号转换器。Pt100温度变送器使用普通热电偶和热电阻温度传感器作为测量元件，然后将测量元件测量的微弱和谐波信号输出到变送器模块。发射机模块中的稳压滤波电路通过运算放大器构成的放大电路，然后对滤波放大后的信号进行处理，得到相对线性的信号。然后，电压和电流之间的转换变成几乎恒定的电流信号和模块的保护电流，以防止反向流动。Pt100温度传感器和温度ADS1115是一款16位模数转换芯片。它的转换非常准确。该芯片的印刷电路板封装非常小，在印刷电路板上占据很小的面积。因此，它不仅能在许多实际工程中节省大量空间，而且其16位精度也能满足大多数设计的需要。ADS1115模块的原理图如图2.5所示。图2.5 ads 1115模块原理图2.5显示电路设计大多数液晶显示电路使用液晶显示器。液晶显示屏也被称为1602字符液晶。它只能显示数字、符号和字母，不能显示汉字。它通过5*7或5*11的许多点阵的点的不同位置的组合来显示所需的符号。每个点阵一次可以显示一个字符。点阵和点阵之间有一定的间隔，便于查看显示的内容。行之间也有一定的间隔。LCD1602的原理图如图2.6所示。图2.6液晶1602显示电路示意图2.6步进电机驱动模块的设计步进电机是一种开环控制电机，将电脉冲信号转换成角位移或线性位移。它是当今社会单片机控制系统中的重要执行器件。它广泛应用于生活的各个方面。步进电机驱动模块的电路图如图2.7所示。图2.7步进电机驱动模块电路图2.7输出模块设计输出模块主要是一个加热装置。电阻加热是最简单的(也是最古老的)基于功率的加热方法，它可以加热金属、熔融金属或非金属，效率接近100%，工作温度为2000。因此，它可以应用于高温加热和低温加热。由于电阻加热易于控制，并且可以在很短的时间内提高温度，因此从加热熔融金属到加热食物，电阻加热在许多方面都是常用的。电阻丝加热电路如图2.8所示。图2.8电阻丝加热电路3.系统软件设计本系统使用的软件主要是C语言。对于各种编程语言来说，c语言是一种相对简单的语言。以此语言作为单片机编程语言，可以相对轻松地完成本温控系统的设计任务。主程序对各模块进行初始化和配置，然后调用模数转换子程序读取实时温度，对读取的温度进行一系列处理，并将其发送到液晶显示屏进行显示。键盘设定所需的温度。将读取的温度与设定温度进行比较。该温度控制系统的工作流程是操作者通过按键盘输入模块上的不同键来输入不同的值，以满足所有设定值的要求。当人输入的温度值与温度传感器测得的温度值不同时，单片机控制系统会进入相应的程序控制外部电路完成所需动作，最终实现设定温度与实际温度的匹配。程序流程图如图3.1所示。图3.1程序流程图3.1温度采集子程序温度采集子程序的主要功能包括初始化输入输出端口，将输入输出端口设置为输入模式读取温度值，然后初始化IIC通信，因为模数转换器和单片机通过IIC通信，然后通过IIC通信向模数转换器发送配置模数转换器的指令。当读取温度时，读取模数转换模块的转换值，模数转换后得到的转换值通过温度公式计算后转换成相应的温度值，温度值作为返回值返回。温度采集子程序如图3.2所示。图3.2温度采集子程序3.2液晶显示器1602显示子程序LCD1602液晶显示子程序主要用于实时显示Pt100温度传感器测量的数据，并在需要设置温度时显示光标位置和数值的变化。在实时显示温度时，屏幕会实时刷新。设定所需温度时，不仅需要改变屏幕上的文字，还需要显示光标的位置。LCD1602显示子程序如图3.3所示。图3.3液晶显示器1602显示子程序3单片机接收到设定温度后，与当前温度进行比较，计算出温度之间的差值。如果差值大于某个设定值，它会向输出模块发送信号。输出模块的开关闭合后，开始加热聚氯乙烯管。然后当差值小于或等于差值时，用单片机控制输出模块打开开关，从而实现温度调节。由于外部环境，如果不加热，温度将缓慢下降，直到与环境温度相同。因此，不仅需要在设定后完成对加热模块的控制，还需要保持温度接近设定温度并在允许范围内。这需要这个子程序的连续循环，直到车间的生产任务完成。3.4输出控制子程序输出控制程序相对简单，因为它主要是输出模块的功能，单片机主要用来控制继电器的线圈是否电连接。当温差大于设定值时，单片机允许输入输出端口输出高电平，然后通过电阻的作用，继电器线圈通电，常开触点闭合，加热模块开始加热，当加热接近设定的最高温度时，单片机输出低电平信号，继电器线圈断电，常开触点断开，加热模块停止加热。4物理调试对所设计的自动控温增韧机控制装置的实际测试表明，所设计的系统能够实现温度采集、温度处理与控制、工件夹紧与松开以及液晶显示，完全满足实际要求。具体测试如下。设计原型建立在stm32f103zet6系列核心板的基础模块上，包括温度传感器模块、温度变送器模块、步进电机驱动模块、电机驱动模块、液晶显示模块和输出模块。它可以实现温度采集和处理、液晶显示、工件夹紧和松开、加热时间控制等功能。物理对象如图4所示。图4物理对象5摘要本设计的目的是实现温度的自动控制，以控制聚氯乙烯管道增韧剂的塑性加工，当温度过低或过高时，会发出报警。设计的主要电路部分是温度传感器采集部分、液晶显示温度和设定值部分、输出电路加热部分、按键输入设定值部分和温度调节部分。系统调试完成后，可以完全让单片机完成温度采集、温度设定以及将采集到的温度信息传送到屏幕上展示给人们的工作。对于被测温度，当不符合要求时，需要监控并报警，这就要求单片机系统准确测量实时温度以及实时温度与设定温度的差值是否在合理范围内，当温度超过设定值的合理范围时报警，动作继电器停止加热，当温度远低于设定值时报警，加快加热速度。同时，还可以实现增韧机控制装置的功能。参考1胡。单片机原理与接口技术，M。北京清华大学出版社，1996。14-15。李。基于PID的智能温度控制系统的设计与实现。南京工业大学，2013。卢建斌，于。基于ARM的高精度恒温控制系统的设计。仪器技术与传感器，2018(08):69-72。卢建斌，于。基于ARM的高精度恒温控制系统的设计。仪器技术与传感器，2018(08):69-72。黄军。基于PT100的电加热器温度控制系统研究。电子设计工程，2018，26(06):153-156。钟海滨、罗伊、吕志宏。2基于模糊PID的电阻炉温度控制系统设计。菊舍，2017(30):158-160。刘都仁、韩宝军。传感器原理及应用技术。西安电子科技大学出版社。2003.8康。模拟电子技术。北京：机械12乔守全。基于单片机的温度检测系统的研究与实现D .电子科技大学，2011年年。13冯巧珍。自动控制原理M .北京： 北京航空航天出版社，2003年年165-180 .14王亮。基于微处理器的热处理炉温度PID控制系统的设计J .热加工工艺，2014，43(02): 223-226 .15赵美惠。热处理电阻炉温控系统中PID控制参数的整定J .铸造技术，2014，35(06):1311-1313 .16陈杰，黄鸿。传感器与检测技术M .北京：高等教育出版社，2002，48-49 .217常若利，陈青，等。70以上农业废弃物堆肥过程中三种原位方法对氮素损失控制、温度动态和腐熟度的影响比较。环境管理杂志，2019，230: 119-127 .18戴德，何旭，金平，等。标准电容器恒温控制系统C/第29届精密电磁测量会议(CPEM，2014年).IEEE，2014: 27