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造纸原料蒸煮过程压力微机控制系统——《微型计算机控制技术》课程设计学院：信息工程学院班级：自动化0501班学号：05001154姓名：尚伟指导教师：贾敏智1目录一、工艺要求---------------------------------------------------------------------------------------3二、系统的组成和工作原理----------------------------------------------------------------------4三、硬件电路----------------------------------------------------------------------------------------51、压力变送及A/D转换电路--------------------------------------------------------------52、D/A转换及隔离输出电路--------------------------------------------------------------63、显示电路------------------------------------------------------------------------------------84．上下限报警电路---------------------------------------------------------------------------95．控制系统的总电路图-------------------------------------------------------------------10四、数字控制器的设计--------------------------------------------------------------------------11五、软件设计---------------------------------------------------------------------------------------121、内存地址分配-----------------------------------------------------------------------------122、主程序流程图---------------------------------------------------------------------------123、定时中断处理程序流程图----------------------------------------------------------144、AD转换自检程序流程图-----------------------------------------------------------155．DA转换自检程序流程图----------------------------------------------------------166．RAM自检程序流程图--------------------------------------------------------------167．按键处理程序流程图---------------------------------------------------------------1828．数字控制器流程图-----------------------------------------------------------------19六、程序清单---------------------------------------------------------------------------------------201．主程序-------------------------------------------------------------------------------------202．AD转换程序-------------------------------------------------------------------------------253．标度变换程序------------------------------------------------------------------------------274．滤波程序-----------------------------------------------------------------------------------275．RAM自检程序-----------------------------------------------------------------------------296．数字控制器程序---------------------------------------------------------------------------307．显示及按键处理程序--------------------------------------------------------------------318．DA转换程序-------------------------------------------------------------------------------40七、系统调试---------------------------------------------------------------------------------------41八、设计总结---------------------------------------------------------------------------------------42九、参考文献---------------------------------------------------------------------------------------423一、工艺要求造纸原料蒸煮过程压力微机控制系统蒸煮过程是制浆造纸生产中的关键工序之一，对于整个造纸生产过程中纸浆得率和纸的质量有很大影响，它要求根据原料的特点、纸浆的质量和生产设备的实际情况制定出合理的蒸煮工艺，确定装球量、用碱量、蒸煮温度和压力。造纸厂蒸煮车间有五个蒸球，依靠调节其进气量以达到控制蒸球工作压力和温度，调节喷料阀控制装料量。用微机控制技术实现该过程的自动控制，要求蒸球的实际工作压力准确跟踪给定压力曲线。P1:低压保压值，P2:高压保压值，T1:空转时间，T2:升低压时间，T3:低压保持时间，T4:升高压时间，T5:高压保持时间装料控制系统示意图4二、系统的组成和工作原理本压力控制系统的原理框图如下图所示它采用Atmel公司的AT89S51单片机作为控制核心，AT89S51是低功耗的8位CMOS单片机，具有8K字节在线可编程Flash存储器，内部有带看门狗。通过其ISP接口线可以方便地在线调试程序。A/D转换器采用具有8通道输入的ADC0809。DBY-131型压力变送器将0-1.28Mpa的压力信号转换为0-10mA的电流输出，通过500Ω电阻转化为0-5V的电压信号供给A/D转换器采样。单片机定时（预定值为5s，用户可根据实际在调试时进行修改）依次对5个蒸球的压力进行采样。采样值经过内部程序数字滤波后与给定值进行比较（给定值通过程序计算按照用户给定的压力曲线变化），得到的偏差信号经PID算法程序后输出8位的阀门控制数字量。该数字量经D/A转换器AD558转换成0-10V的电压信号，0-10V的电压信号再经隔离放大器ICISO1002与工业现场隔离，输出4-20mA的标准电流信号控制蒸汽调节阀的开度。当蒸球的压力大于给定值时，偏差信号E=R-C小于零，经PID运算后输出量减小，蒸汽调节阀的开度随之减小，从而使蒸球内的压力降低，重新回到平衡状态。通过对PID参数的整定可以使蒸球的实际工作压力准确跟踪给定压力曲线。5231SN74ALS02564IN-0D7D6IN-1D5D4IN-2D3D2IN-3D1D0IN-4EOCADD-AADD-BADD-CALEref(-)OESTARTref(+)CLOCKVCCGNDADC0809P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEP3.5WRRDP2.0VCCR=500三、硬件电路1、压力变送及A/D转换电路电路如图所示：压力变送器为DBY-131型，其量程可调范围为0～1Mpa至0～3Mpa。本系统中调整为0～1.28Mpa。ADC0809的每个输入通道前对地接有一500Ω的电阻，用于将压力变送器送来的0～10mA电流信号转换为0～5V的电压信号，ADC0809八个输入通道的地址为FE00H～FE07H。单片机执行写总线指令后启动A/D转换，通过查询EOC的状态判断转换是否结束。执行读总线指令后将转换后的数据读入单片机内部。被测压力与输出量关系：压力（Mpa）输出数字量00.6351.2750000000010000000111111116DBY-131压力变送器性能指标:输出电流0～10mADC振幅≤0.1mm(双向)灵敏限0.1%供电电源220V50Hz负载电阻0～1.5kΩ消耗功率≤6W来回变差不大于基本误差的绝对值结构形式现场安装式工作条件环境温度：-10～C～55～C仪表重量约15Kg相对湿度≤85%仪表管结头螺纹M20×1.5/M18×1.5工作振动频率≤25HzADC0809技术指标供电电源单一+5V模拟量输入范围0-5V分辨率8位最大不可调误差±1LSB功耗15mW转换速度取决于芯片的时钟频率2、D/A转换及隔离输出电路D/A转换器采用8位电压输出型D/A转换器DAC0832DAC0832数/模转换器的内部，具有两极输入数据缓冲器和一个R-2RT型电阻网络。即包括一个数据寄存器、DAC寄存器和D/A转换器三大部分。数据寄存器和DAC寄存器实现两次缓冲，故在输出的同时，还可以接收一个数据，提高了转换速度。7当多芯片工作时，可用同步信号实现各模拟量的同时输出。该器件采用先进的CMOS工艺，功耗低，输出漏电流误差小，主要特性有：输出电流线性度可在满量程下调节；转换时间为1μs；数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式；增益温度补偿为0.02%FS/℃；每次输入数字为8为二进数；功耗为20mW；逻辑电平与TTL兼容；单一电源供电，可在5～15V内。DAC0832可工作在单，双缓冲器方式。单缓冲器方式即输入寄存器的信号和DAC寄存器的信号同时控制，使一个数据直接写入DAC寄存器。这种方式适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量不需要同步输出的系统；双缓冲器方式即输入寄存器的信号和DAC寄存器的信号分开控制，这种方式适用于几路模拟量需要同步输出的系统。为了提高转换精度，可增加D/A转换器的位数。隔离放大器采用ISO1002，ISO系列隔离放大器在同一芯片上提供了电源及信号的隔离，该混合集成芯片在同一芯片上集成了一个磁电耦合DC/DC变换电源及一个电流/电压输出的光电耦合隔离放大器。该芯片除为内部放大电路供电外，还可向外部输出一路隔离电压，供外部电路扩展使用。这一特点可方便地为外部电路基准电源及外部放大电路或其他用户应用电路供电。输入及输出侧宽爬电距离及内部隔离措施使该芯片可提供3000VAC绝缘电压。8ISO系列产品使用非常方便，几乎无需外部元件，即可实现信号电流源长线传输（如图）。3．显示电路LED显示器LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件，常使用七段LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种接法。N位LED显示器有N根位选线