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贵州大学明德学院单片机课程设计

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基于单片机对精馏塔的温度控制系统设计

摘要

精馏法是把混合物中各成分分离出来，并分别达到规定纯度的方法；精馏法是石油，化工等生产过程中最常用的方法。精馏需要在精馏反应塔中进行，反应塔中必然会产生温度，而且温度很高。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，我们需要对塔中温度进行严格的监测和控制。

由于温度很高，为了安全起见，我们需要采用单片机对他们进行远距离控制，单片机控制不仅具有控制方便，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，从而能够大大的提高产品的质量和数量。

本设计采用无ROM的8031作为主控制芯片。8031的接口电路有8155、2764。8155用于键盘/LED显示器接口，2764可作为8031的外部ROM存储器。其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V，50HZ交流试点回路，在给定周期内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。

使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。本系统所使用的单片机8031有128K的RAM，使温度控制大为简便。

关键字：温度控制；接口电路；MCS-51单片机8031。

单片机温度控制系统方案简介

单片机温度控制系统是以MS-5l单片机为控制核心，辅以采样反馈电路，驱动电路，晶闸管主电路对电炉炉温进行控制的微机控制系统。其系统结构框图可表示为:系统采用单闭环形式，其基本控制原理为:将温度设定值(即输入控制量)和温度反馈值同时送入控制电路部分，然后经过调节器运算得到输出控制量，输出控制量控制驱动电路得到控制电压施加到被控对象上，反应塔内因此达到一定的温度。

给定值采样电路输出温度被控对象8031控制电路驱动电路晶闸管主电路

给定值

采样电路

输出

温度

被控

对象

8031控制电路

驱动

电路

晶闸管

主电路

图1.1控制电路的设计

单片机

单片机是单片微型计算机简称，它包括中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器、串行口和I/O等。

单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点，单片微型计算机(简称单片机)是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种，特别适合用于智能控制系统。

2.1单片机内部模块

在本设计中,从经济上以及性能上考虑，我选用8031作为CPU。8031是MCS－51系列单片机的一种型号。MCS-51单片机的类型有：8051、8031、8751等。

2.1MCS-51单片机内部结构

8031单片机内部结构见图2.1。它其中包含CPU、震荡器和时序电路、4KB的ROM、256B的RAM、两个16定时/计数器T0和T1、4个8位I/O端口（P0、P1、P2、P3）、串行口等组成。其中震荡时序与时钟组成定时控制部件。

图2.18031单片机的内部结构

2.2单片机外总线结构

如图2.2所示,微型计算机大多数CPU外部都有单独的地址总线、数据总线和控制总线，而MCS—51单片机由于受到芯片管脚的限制，数据线和地址线（低8位）是复用的，而且是I/O口兼用。为了将它们分离开来，以便同单片机之外的芯片正确地相连，常常在单片机外部加地址锁存器来构成与一般CPU相类似的三总线。

图2.2三总线图

2.3芯片的扩展设计[7]

1）程序存储器扩展设计；(A)程序存储器简介

常见的EPROM有：2716（容量2K×8位）、2732（容量4K×8位）、2764（容量8K×8位）、27128（容量16K×8位）、27256（容量32K×8位）、27512（容量64K×8位）。

2）数据存储器设计

由于算法的需要，在存储器中需要存储24个从A/D片出来的数据，即需要24单元的存储单元。在8031的内部数据存储区低128字节RAM中30H~7FH共80个存储单元使用户RAM区，完全可以容纳下24个数据以及其运算过程中的临时数据，故不需要在另外扩展片外数据存储器。我选用的EPROM芯片为2764。连接如图2.3所示

图2.32764与8031连接图

2.4单片机温控模块

温度检测元件和变送器的选择和被控温度及精度等级有关。本设计采用镍铬/镍铝热电偶，此电偶用于0℃～1000℃的温度测量范围，相应的输出电压为0mV-41.32mV.

变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的0-41.32