冯利开题报告 - 最终

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毕业设计（论文） 开题报告

题目 基于单片机的退火炉自动控制系统设计

电气工程学院 院（系） 测控技术与仪器 专业 093 班

学生姓名 冯 利 学 号 090301073 指导教师 王俊生

开题日期：2013 年 3 月 15 日

开 题 报 告 一、题目来源与意义 退火是金属热处理中的重要工序，通过退火可以达到细化组织、降低硬度、改善切削性能、消除内应力等目的。退火炉是一种热处理设备，它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间，然后让其自然冷却。其目的在于消除压力容器的整体压力。提高压力容器的使用寿命。广泛应用于化工、石油、食品、冶金、机械、轻工、电力、船舶、造纸、矿山、医药、集中供热等工业部门的加热、冷却、冷凝、蒸发等工艺过程中。 二、系统要实现的功能和预期达到的目标 本系统设计的是一个基于单片机的退火炉自动控制系统，根据需要选择单片机为系统的控制核心，对退火炉的温度、流量实时监控。利用温度传感器及信号处理单元将检测到的温度进行处理后传到主控电路上，再经过主控电路处理之后送到显示单元显示同时与给定的温度值进行比较, 从而达到对温度的实时监控。当到达预定的设定退火温度，便停止供给燃料，既停止加热。利用单片机进行控制，根据退火炉的温度高低来让单片机来控制调节阀开度从而控制燃料与空气的比例来达到流量控制的目的。 基于单片机退火炉自动控制系统应具有以下功能：1、对退火炉温度的实时监控；2、对燃料流量实时监控；3、通过键盘预设温度。 （注）开题报告要点：1、毕业设计（论文）题目的来源，理论或实际应用意义。2、题目主要内容及预期达到的目标。3、拟采用哪些方法及手段。4、完成题目所需要的实验或实习条件。5、完成题目的工作计划等。 （开题报告不够用时可另附同格式A4纸）

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开 题 报 告 三、控制系统的硬件结构设计和实施的方法 本系统采用单片机控制的退火炉自动控制系统，以单片机为控制核心，通过键盘预设温度、流量，采取PID控制算法调节阀门开度从而控制燃料与空气的流量比例来控制退火炉的实时温度。实时显示退火炉温度，当到达预定的设定退火温度，便停止供给燃料，既停止加热。退火炉的工艺图如图1所示。 图1 退火炉工艺图 退火温度工艺要求温度在升温、保温过程中按一定的工艺曲线升温和保温，在此过程中，实际温度与给定工艺温度曲线的偏差不许超20℃,而降温过程为自由降温，温控系统不作起用。 在y1（400℃）温度内，保护气体温度在供气阀门开到最大情况下，以自由升温的速率在最短时间内升到y1（400℃），从y1（400℃）开始到y2（700℃）的保温点，温度按45--75℃/h的速率上升，此段为升温段。到y2点，则开始进入保温段，以y2为恒值温度进行保温。钢卷保温（t3--t2）后停火，进入降温段，在此段中温控系统停用。 图2退火温度工艺曲线 开 题 报 告 退火炉温度控制系统的测点为保护性气体温度T1，煤气和空气阀均为蝶阀，由一台电动执行器通过连杆共同带动。整个系统可以认为是保护气体温度为输出，以电动执行器带动的蝶阀开度为输入的一个单输出单输入的温度控制系统。 图3控制系统框图 基于单片机的退火炉自动控制系统各个功能模块的设计思路如下： 1.中央处理器 使用单片机完成检测数据的采集、定时计数器计数定时。单片机控制着本系统所有信号的输入、处理与输出，将各个模块有机地联系起来。 2.温度检测电路模块 采用温度传感器对被控对象进行数据采集及测量，并且通过A/D转换将所测得的模拟信号转换为数字信号，由单片机进行统一的控制与检测。 3.按键显示电路模块 显示模块选用用于LCD显示器。需要从单片机的输出信号中得到信息，能够实时显示温度、流量等气象数据。通过键盘设定的退火炉的的范围，将实时显示温度、流量数据与设定值进行比较，当测量数据超过设定值时，又单片机控制发出警报。 4.复位晶振电路模块 复位电路应具有上电复位和手动复位功能。复位电路容易受噪声干扰，因此要求复位电路设计具有：其一要保证整个系统可靠复位；其二是要有一定的抗干扰能力。晶体振荡 电路主要用于时钟信号的产生，通过硬件的设计与软件的调试来设定时间的计时与定时。 5.报警电路模块 本系统要求当超过测量范围时，进行报警警告。所以，通过软件与硬件的结合，当温度数据超过设定值则发出警报。 6.软件设计 本系统选择C语言进行编程。为了便于维护，应用子程序设计采用模块化思想，相关的功能均由相应的子程序实现，主程序负责系统初始化和调用子程序。应用子程序包括以下几个部分：设定值输入、数据显示、数据分析、时钟中断、控制输出。 四、实习调研 （1）对退火炉系统实地调研，对退火炉的温度和燃料的流量控制系统进行调研。 （2）了解目前国内外单片机在退火炉系统中的应用。 （3）查阅有关测量温度的传感器的资料。 五、完成题目的工作计划 3月02日~3月08日 查阅有关资料，收集与研究课题有关资料 3月09日~3月15日 实习、调研，总体设计方案；开题答辩 3月16日~3月23日 总体设计方案最后确定；选择单片机型号 3月24日~3月31日 CPU最小系统设计 4月01日~4月07日 传感器选择，确定控制方案 4月08日~4月14日 退火炉温度、燃料流量方法论证与设计 4月15日~4月21日 温度、流量的判断方法及控制电路、时钟电路等设计 4月22日~4月28日 完成硬件电路设计，毕业设计中期检查 4月29日~5月05日 控制算法研究设计 5月06日~5月12日 软件总体设计 5月13日~5月25日 程序调试修改 5月26日~6月14日 整体设计的完善 6月15日~6月21日 论文定稿，完成打印、装订 6月22日~6月28日 制作幻灯片，准备毕业答辩 3 查阅资料、文献目录 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] 梅丽风,王艳秋.单片机原理及接口技术[M].北京：清华大学出版社，2007 金武明. 冷轧连续退火炉工艺过渡数学模型研究[J]. 宝钢技术. 2007(05) 张迎新. 单片微型计算机原理、应用及接口技术[M]．北京：国防工业出版社，2000 孙继明. 退火炉温度自动控制的设计与实现[J]. 科学大众. 2009(04) 芮长颖,陈富林. 基于AT89S52单片机的空调温度控制系统设计[J]. 装备制造技术. 2010(05) 袁进超. 空燃比动态优化控制在热镀锌连续退火炉中的应用[J]. 河北冶金. 2005(02) 纪宗南．单片机外围器件实用手册输入通道器件分册[M]．北京：北航出版社，2002 赵鸿图. 基于单片机的温度控制系统的设计与实现[J]. 微计算机信息. 2008(26) 冯江,王晓燕,赵书玲. 退火炉燃烧过程的模糊自寻优控制器设计[J]. 仪器仪表用户. 2004(05) 曹智，黄成玉.基于AT89S52的监控系统设计[J].电气自动化.2007,6. 宋文绪等．传感器与检测技术[M]．北京：高等教育出版社，2004 陈开华,李建忠. 全氢罩式退火炉控制系统[J]. 冶金自动化. 2008(01) [13] 刘绿山,刘建群,李仕勇,王飞. 基于AT89S52单片机的温度控制系统[J]. 微计算机信息. 2007(17) [14] 李钟慎. PID控制器的解析法整定及其MATLAB实现[J]. 计算技术与自动化. 2003(01) [15] Ricardo Sans and Mariano Alonso. Cobra for control systems[J].Annual Reviews in Control,2001,25:169—181. [16] W. Langley, M. B. Zarma and I. Popescu. Graphics-oriented expert shell for the design and configuration of distributed control systems[J]. Control Engineering Practice,2003,3(4):555-559 Richard J. Beach, John C. Beatty, Kellogg S. Booth, et al. The message is the medium: Multiprocessor structuring of an interactive paint program[J].ACM SIGGRAPH Computer Graphics,2008,16(3):277—287 [17] 4 指导教师意见： (对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测) 指导教师签字： 年 月 日 教研室意见： 教研室主任签字： 年 月 日 5 开 题 须 知

一、学生要认真填写开题报告。在毕业设计（论文）答辩时学生须向答辩委员会（或答辩小组）提交开题报告，作为答辩评分的参考材料，没有开题报告不能参加答辩。如果丢失要及时办理补交手续。学生毕业后，开题报告与学生毕业设计（论文）一并存档备案。

二、毕业设计（论文）题目一经确定，指导教师要给学生下达毕业设计（论文）任务书，学生根据任务书的要求进行开题，一般安排在毕业设计（论文）正式开始的第二周至第三周进行。

三、开题报告的审查由各专业教研室主持，每个学生的报告时间为10—15分钟。开题通过后学生才能正式获得毕业设计（论文）的资格。

四、学生要充分理解毕业设计（论文）题目的内容和要求，在指导教师的指导下制定切实可行的工作计划，并且要具备进行毕业设计（论文）所要求的实验或实习（调研）条件。

五、学生要按照指导教师所下达的毕业设计（论文）任务书的要求，认真进行文献资料的检索、搜集和查阅，并做好记录。

六、开题审查不合格的学生，必须在一周内重新进行开题。