开题报告：离子氮化温度控制系统

开题报告：离子氮化温度控制系统本文简介：毕业设计/论文开题报告课题名称离子氮化温度控制系统上位机程序设计与调试院别机电与自动化学院专业班自动化0803姓名评分指导教师李川香华中科技大学武昌分校毕业设计开题报告撰写要求1.开题报告主要内容1）课题设计的目的和意义；2）课题设计的主要内容；3）设计方案；4）实施计划。5）主要参考文献：不少于5

开题报告：离子氮化温度控制系统本文内容：

毕业设计/论文

开

题

报

告

课

题

名

称

离子氮化温度控制系统

上位机程序设计与调试

院

别

机电与自动化学院

专

业

班

自动化0803

姓

名

评

分

指

导

教

师

李川香

华中科技大学武昌分校

毕业设计开题报告撰写要求

1.

开题报告主要内容

1）课题设计的目的和意义；

2）课题设计的主要内容；

3）设计方案；

4）实施计划。

5）主要参考文献：不少于5篇，其中外文文献不少于1篇。

2．撰写开题报告时，所选课题的课题名称也不得多于25个汉字，课题设计份量要适当，

设计中必须是自己的设计内容。

3.

开题报告的字数不少于2000字（艺术类专业不少于1000字），格式按《华中科技大学武昌分校本科毕业设计/论文撰写规范》的要求撰写。

4.

指导教师和责任单位必须审查签字。

5．开题报告单独装订，本附件为封面，后续表格请从网上下载并用A4纸打印后填写。

6.

此开题报告适用于全校各专业，部分特殊专业需要变更的，由所在系在基础上提出调整方案，报学校审批后执行。

华中科技大学武昌分校学生毕业设计开题报告

学

生

姓

名

周

敏

学

号

20081184105

专业班级

自动化0803

院别

机电与自动化学院

指导教师

李川香

职称

教授

课题名称

离子氮化温度控制系统上位机程序设计与调试

1

课题设计的目的和意义

1.1

课题的设计目的

通过完成离子氮化温度控制系统上位机程序设计与调试，使我们能够较为熟练地应用单片机进行系统级设计，提高自身的分析和设计单片机系统的能力；掌握Pt100传感器的使用方式，信号的调理方法；掌握PID和模糊控制相结合的控制方法设计温度控制系统的步骤；掌握采用VC作为串口编程工具，用VC6.0++来实现编程，完成上位机与单片机进行通信的程序编写等等，将自动化专业的相关理论知识综合运用，融会贯通，学以致用。学会分析、解决设计及调试过程中出现的问题，为今后从事相关的研究及技术工作奠定良好的基础。

1.2

课题的设计意义

离子氮化是一种可以显著提高钢铁零件表面硬度、耐磨损、耐疲劳和耐腐蚀的化学热处理工艺。它具有渗速快，渗层性能好，工艺变形小以及耗气，耗电少等特点，是无污染，无公害的理想工艺。在国内外得到了广泛的重视，离子氮化工艺应用范围在不断扩大，如机床和工具制造、机车车辆、模具、动力设备制造、塑料机械、轻纺机械及钛合金零件等均在不同程度上使用了该技术，离子氮化设备在我国已成为热处理工部的常规设备。

在离子氮化中，根据零件不同工艺要求也不同，有不同温升曲线，保温时间也不同，这就要求炉内温差保持为0.5oC为宜，如温差低于0.5℃,则表明没有达到所要求效果，还需要在后续的操作工艺中必须进行再氮化，这样会降低设备的利用率,浪费能源;如果温差大于0.

5℃,会使氮化层表面结疤,严重时会堵塞管道,损坏设备。因此,精确测量温度是该生产的一个重要环节。

离子氮化炉中温度是否能保持一定的范围内，氮化时间的长短，直接决定钢铁零件表面硬度、耐磨损、耐疲劳和耐腐蚀质量的好坏，因此温度是离子氮化生产过程中一个非常重要的指标。

温度是一种最基本的重要热工参数，在冶金工业、化学生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工行业等领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。温度检测的准确性直接影响到产品的质量和性能。在冶金、石油、化工电力和现代农业等行业，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一，在普通家庭里热水器、电饭煲、电烤箱等依赖于温控技术的家电设备也是必不可少。可以说温度控制技术无处不在。

常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。

近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。在此课题中，我们采用PID和模糊控制相结合的控制方法，当温度偏差大于某一值时，采用模糊控制，以减少调节时间；当温度小于某一值时，采用PID控制，以减少超调，保证系统稳定精度要求。

该系统具有温度超调量小、调节时间短、静态误差小、测量精确、恒定温度与设定温度偏差小等优点，且控制方便、显示直观、性能稳定、可靠性高。

2

课题设计的主要内容

2.1课题设计的任务

（1）查阅参考文献，理解课题的意义，了解本课题实际意义与应用前景，熟练掌握PID和模糊控制相结合的控制方法设计温度控制系统的步骤；

（2）掌握采用VC作为串口编程工具，用VC6.0++来实现编程，完成上位机与单片机进行通信的程序编写等等。

（3）综合运用所学理论知识和实验经验，确定比较完善的课题设计方案；

（4）总结本课题设计过程中的经验，结合设计实践，编写完整的设计论文。

2.2课题设计的要求

（1）调试设计结果，完善、优化系统的结构及参数，确保调试结果正确；

（2）严格按照学校规范撰写论文，字数不低于一万字。

（3）设计内容具有一定的研究水平。

3

设计方案

3.1系统的整体方案

在一个生产车间或一条自动生产线，往往要使用多个微机分别承担对各台设备的适时控制、数据采集、实时监控。各微机之间的通讯构成一个分布式多微机监控系统，在此类系统中，普遍采用如图1所示的多个微机构成的主从分布微机监控系统。

图1

多微机监控系统

图1

多个微机构成的主从分布微机监控系统

3.2

下位机硬件结构及功能特点

本系统下位机由单片机、温度传感器、A/D转换器、键盘显示、控制执行电路、LED显示以及PC机通讯接口等组成。硬件系统设计框图如图2所示。

图2

下位机硬件系统设计框图

（1）传感器选择

铂电阻具有准确度高、性能稳定、互换性好、耐腐蚀及使用方便等一系列优点，铂电阻一直是工业测控系统中广泛使用的一种比较理想的测温元件。为了达到较高的精度和较小的响应时间,我们选用了A

级薄膜工业铂电阻Pt100。这种铂电阻具有体积小、精度高、响应速度快等特点,非常适用于高精度温度测量场合。

（2）温度电压转换及小信号放大

前向模拟输入通道的抗干扰性、低漂移及稳定性决定于Vref的稳定性和运算放大器的性能。系统采用了二级1403作为基准源，1403具有较低的电压漂移，稳定性高。一片1403作为恒流源基准电压，一片1403是作为A/D转换器的Vref基准电压。

由于传感器输出的电压为毫伏级，若用此电压直接进行A/D转换，则精度不高。这里信号放大采用了由OP07运放构成的二级串联差动放大器。OP07其共模抑制比达120db，增益达104db，漂移仅为0.7mv/oC，这些特性对于保证小信号的低噪音采集达到了决定性作用。

（3）A/D转换器：

ICL7135是双斜积分式4位半单片A／D转换器，ICL7135仅用三根I/O口线与单片机相接。ICL7135的BUSY端接CPU的外部中断INT0，利用BUSY信号作为计数器的门控信号。POL为信号的极性输出端，接CPU的P1.7，高电平表示被测信号为正极性，低电平表示被测信号为负极性。CPU的ALE端口为ICL7135

提供的CLK信号。

在A/D转换阶段，状态输出引脚BUSY为高电平，这个高电平一直持续到A/D转换结束。我们利用单片机内部定时器对ICL7135的时钟脉冲计数。ICL7135对信号积分阶段10001个计数脉冲是固定的，输入信号的A/D转换值=

BUSY高电平期间内计数器计数值

-

10001。

在中断服务程序中，读出输入信号的A/D转换值，即可转换为当前的温度值。为了满足精度的要求，采用了精密的电压基准源MC1403为ICL7135提供0.5V的基准电压。ICL7135的满量程为基准电压的两倍。因此，单片机与ICL7135配合使用，200个数字量/℃,测量精度能达到0.01℃。

（4）人机交互：

根据系统功能要求，人机交互采用专用的键盘/显示接口芯片82C79构成8LED显示和4*4键盘。82C79能够实现对键盘的自动扫描，防抖动，并对显示器自动刷新，这样不仅减少硬件开支，也使软件编程大大减化。它可以通过0～9数字键，6个功能键入各种预置参数，它包括：温度、Kp、Ki、Kd、控制周期，并通过LED加以显示，监测适时温度等。

3．3编程方案选择

（1）上位机编程方案选择

本设计采用VC6.0++来实现编程，上位机与单片机进行通信的程序编写可用VB、VC等软件。由于VB作为面向对象的编程工具不够完全，效率比VC低，提供的命令语言环境较弱，通过串口设备一次最多只能交换16B的数据，对较大数据量的传输存在很大的局限性，很难实现较为复杂的数据处理，VC6.0++是一种功能强大的面向对象的Windows编程开发平台。VC6.0的优点是界面简洁，占用资源少，操作方便。所以本设计采用VC作为串口编程工具。

（2）下位机编程方案选择

本设计单片机的编程选择C语言编写，因为它简洁紧凑、方便灵活、运算符丰富、数据结构丰富、C是结构式语言、C语法限制不太严格，程序设计自由度大、C语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作、C语言程序生成代码质量高，程序执行效率高，一般只比汇编程序生成的目标代码效率低10へ20%、C语言适用范围大，可移植性好C语言有一个突出的优点就是适合于多种操作系统,如DOS、UNIX,也适用于多种机型。C语言具有绘图能力强，可移植性好，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，所以我选用C语言来编写此程序。

3.2

通讯系统设计

要实现单片机和PC机的正常通信，必须正确设定它们两者之间的通信方式，保证双方都用相同的波特率、起始位、停止位、奇偶校验位，并且要建立双方通信的应答信号。通讯命令意义如表1所示。

表1

通讯命令意义

通讯命令意义

操作码

操作数格式

操作数范围

操作数对应

温度设置

C

XXXX

0~1999

0~199.9oC

设定控制周期

E

XXXX

25~250

2.5~25.0S

开启PC机控制方式

A

-

-

-

关闭PC机控制方式

B

-

-

-

开启单片机控制方式

J

-

-

-

关闭单片机控制方式

K

-

-

-

开启PC机测量方式

L

-

-

-

关闭PC机测量方式

M

-

-

-

PID算法

N1

-

-

-

比例量

D

XXXX

0~9999

0~9999

微分量

I

XXXX

0~9999

0~9999

积分量

H

XXXX

0~9999

0~9999

模糊控制算法

N2

-

-

-

读回当前温度值

F

-

-

-

设置通电时间

G

XXXX

0~255

0~255

4

实施计划

（1）

第

1~4

周

查阅资料，翻译外文资料，撰写开题报告。

（2）

第

4

周

开题报告答辩。

（3）

第

5~10

周

进行毕业设计的理论研究、方案设计、软硬件测试等。

（4）

第

11

周

对前期理论工作及软硬件设计做初步检查。

（5）

第

11~13

周

撰写毕业设计论文并完成初槁。

（6）

第

14~15

周

送指导老师检查，批改。后修改论文并定稿。

（7）

第

15

周

毕业设计答辩资格审查。

（8）

第

16

周

毕业设计答辩，最终完成毕业设计。

5

主要参考文献

[1]

王秋爽.单片机开发基础与经典设计实例.北京:机械工业出版社,2008.

[2]

余永权.单片机在控制系统中的应用.北京:电子工业出版社,2005.

[3]

李书泽.高精度铂电阻测温电路优化设计.工业仪表与自动化装置，2005,1:26-28.

[4]

王守中.51单片机开发入门与典型实例.北京:人民邮电出版社,2007.

[5]

边海龙.单片机开发与典型工程项目实例详解.北京:电子工业出版社,2008.

[6]

李群芳.单片机微型计算机与接口技术.北京:电子工业出版社社,2010.

[7]

Jang

GH.Position

detection

and

start-up

algorithm

of

a

rotor

in

a

sensorless

BLDC

motor

utilizing

inductance

variation.IEEE.Electric

Power

Application,2002(2):92-94.

指导教师意见

指导教师签字：*年*月*日

答辩小组意见：

组长签字：*年*月*日

教研室审查意见：

负责人签字：*年*月*日

系审查意见：

系主任签字：

（系

公

章）*年*月*日

（此表由学生填写，指导教师、教研室、系签署意见）