摘 要

水泥是一种极其重要的工业原料。然而其制备过程会产生一系列环境问题。因此，水泥回转窑的废弃收尘装置尤为重要。收尘装置入口温度会影响其寿命，因此需要对其温度进行控制。这一点无论是在工业中还是在生活中都及其重要。本文介绍了一种以AT89C51单片机为核心的温度控制器，以热电偶为温度采集装置。首先由按键电路、温度测量电路、阀门开度电路、LCD显示电路，AT89C51单片机最小系统等组成硬件电路；然后，设计相关程序，包括主程序，读/写温度子程序、阀门开度程序、LCD显示程序、按键处理程序等；最后，对整个系统进行仿真、调试、分析。最终实现对收尘装置入口温度采集、显示、控制等功能。仿真结果表明，该控制器能够胜任所需功能，并且具有鲁棒性高、精度高、使用便捷等优点。

关键词:温度控制；AT89C51；温度显示；热电偶；水泥回转炉

ABSTRACT

Cement is one of the most important industrial raw materials.However，its preparation process will cause a lot of environment problems.So,it is improtant to install waste dust collection device to the cement rotary kiln.The inlet temperature will reduce the life of the waste dust collection device.So,we should control the inlet temperature. This paper introduce a kind of temperature controller. AT89C51 is the temperature controller, temperature collection device is thermocouple.frist of all,we use key circuit , tempera-ture measuring circuit , speed regulating circuit, LCD circuit, SCM minimum system make a hardware circuit.Then , we design program. The program include main program, R/W temperature program , speed regulating program , LCD program . key program . At last, simulation, debugging and analysis of the whole system are carried out.Finally, we realize display, temperature collection temperature control and so on. The result of simulation indicate that the controller has the advantages of high robustness, high accuracy and convenient use.

Key words: Temperature control;AT89C51;Temperature display; Thermocouple

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 3

第1章 绪论 1

1.1 研究的意义及背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 设计思路 2

第2章 温度控制器设计 3

2.1 温度控制器的选型 3

2.1.1 基于51单片机 3

2.1.2 基于PLC的温度控制器 3

2.1.3 方案选择 4

2.2 本章小结 4

第3章 温度控制器的硬件电路设计 5

3.1 温度传感器的选型 5

3.1.1 热电偶温度传感器 5

3.1.2 热电阻温度传感器 6

3.1.3 数字温度传感器 6

3.1.4 方案选择 7

3.2 温度采集模块电路的设计 7

3.2.1 MAX6675介绍 7

3.2.2 热电偶和AT89C51单片机连接电路 8

3.3 显示模块设计 9

3.3.1 8段LED数码管显示器介绍 9

3.3.2 LCD液晶显示器 9

3.3.3 方案选择 13

3.3.4 液晶显示器与单片机的硬件连接 13

3.4 设计按键电路 15

3.4.1 单片机进行按键检测的原理 15

3.4.2 设计矩阵键盘 16

3.5 设计温控执行单元 17

3.5.1 温控执行单元概述以及方法介绍 17

3.5.2 温控执行单元的选型 17

3.5.2 温控执行单元的实现 18

3.5 本章小结 18

第4章 系统软件设计 20

4.1 对程序设计的概述 20

4.1.1 主程序设计 20

4.2 热电偶温度采集子程序 21

4.3 热电偶温度采集子程序 22

4.4 温度设置模块子程序 23

4.5 显示模块子程序 23

4.6 电机调速模块子程序 23

4.7 本章小结 23

第5章 仿真及其结果分析 24

5.1 仿真的概述 24

5.2 系统仿真过程 24

5.2.1 开机过程的仿真 24

5.2.2 输入设定值 25

5.2.3 温度上升 27

5.2.4 报错显示 29

5.3 对仿真进行分析 30

5.4 本章小结 30

第6章 改进的设想 31

6.1 对系统缺点的分析 31

6.2 一些改进的设想 31

6.3 总结 31

第7章 总结 32

7.1 研究总结 32

7.2 心得体会 32

致 谢 33

参考文献 34

附 录 35

附录A 程序清单 35

附录B电路图 50

第1章 绪论

1.1 研究的意义及背景

混凝土是世界上使用最广泛的土木工程材料,据报告显示,中国是世界上第一大水泥制造国家,我国生产的水泥占世界水泥生产总量的百分之60以上。该数字代表着我国工业化的水平提升迅速。然而,在水泥生产,制备的过程中,引发的一系列环境问题不容小觑。据报道,我国水泥生产排尘量占全国粉尘排放量的百分之70以上^[1]。随着水泥生产的逐步扩大,将与其配套设备进行大型化,产量化迫在眉睫。目前,国内与国际上大多数水泥生产线均采用篦式冷却机来对生产出的出料进行冷却,而废气则由除尘袋进行收集。除尘布袋堪称除尘器的心脏,是收集废气的重要组成部件,但是由于水泥生产线的环境十分恶劣,据媒体报道,水泥回转窑废气收集装置进口处具有温差变化剧烈,风量变化剧烈,含尘浓度变化剧烈,粉尘占比高等等情况,这使得除尘袋的寿命大大减少,增加生产成本。其中,变化过于大的温差,尤其是高温对除尘袋的寿命产生极大地影响,并且过高的温度使得烟气除尘过程难以进行。目前,烟气除尘对烟气温度的要求为250摄氏度以下。然而,在一些特殊的工况下,出口烟气的温度将达到450摄氏度,这是在除尘工艺中决不允许出现的温度。如何快速准确的将收尘装置温度控制在合理的范围,以及怎样提高控制精度,成了当前亟待解决的问题。由于计算机测控技术的突飞猛进发展以及广泛使用,通过单片机来控制的温度采集与控制系统的广泛的应用可以说的上是提高了工业,科研以及生活中对温度的控制水平^[2]。

1.2 国内外研究现状

诞生于20世纪70年代的单片机,是一个已经经历了三个阶段的系统,自从SCM阶段开始,到MCU阶段以及SOC阶段。目前单片机已经渗透进了我们生活的每一个角落,无论在何处都有单片机的身影。近年来,随着工业自动化的发展,各国对单片机的研究进度也突飞猛进。在温度控制领域,单片机也有十分广泛的应用。世界上主流的温度控制系统正面向无人化,自动化的方向上大力发展。作为这一领域的领头羊,美国,日本有极其迅猛的发展速度。这几年一以来,他们已实现领先于世界的温度控制系统。

我国对温控装置的研发发力较国外稍晚。自从20世纪80年代开始以来。在短短的几十年中,中国也取得了不错的成果。然而,目前还存在一些问题。因此,我们应该继续在这一领域进行研究^[3]。

1.3 设计思路

本文拟设计一种基于51单片机的温度实时采集以及控制系统。该系统用于水泥回转炉收尘装置入口的温度采集及控制。温度控制器的功能包括温度采集,lcd显示,键盘输入以