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吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）第1页共38页第1章绪论1.1课题研究的意义我国汽车保有量的持续增加和国内家居行业的发展，汽车的维修与保养家具的生产成为了一个个生机型行业，所有产业趋于体系的时候，更具专业的产品也将出现，成为新型行业的帮手。90年代以前.我国由于高档车辆总量较少,采用烤漆房对汽车表面处理的汽车维修企业较少,市场对汽车烤漆房的需求量也不是很大,所以当时这一市场基地被意大利的烤漆房产品占据。90年代初,随着我国汽车总量的扩大,尤其是轿车数量的急速增加,汽车用户对汽车维修的表面处理工艺要求越来越高,因此市场对汽车烤漆房的需求量也相应增长由于意大利进门烤漆房价格太高,一般汽车维修企业难以承受,在这种情况下,我国一些生产企业开始试制国产烤漆房,以替代进口产品。国内早期生产的汽车烤漆房以小规模的企业居多,价格低廉,通常是进口烤漆房价格的一半,甚至不到,所以,在国内市场一度颇具竞争力,但是由于早期国内汽车烤漆房的生产企业多为中小型非专业的汽车维修设备生产企业,所以,专业技术水准不高,工艺较为粗糙,汽车表面经过烤漆处理后,光亮度、洁净度都不够理想。在对部分分别拥有早期国产汽车烤漆房和进口汽车烤漆房的汽车维修企业进行了详细了解,比较了早期国产汽车烤漆房和进日汽车烤漆房的专业技术水平,对比情况见表1。表1早期国产汽车烤漆房和进口汽车烤漆房对比调查内容早期国产汽车烤漆房进口汽车烤漆房处理后的光亮度一般很高处理后的洁净度一般较高产品制造工艺粗糙精制能耗高较高质量一般较好价格较低很高售后服务一般较差从以上对国产汽车烤漆房和进口汽车烤漆房的对比调查来看,除价格和售后服务之外,总体上进口烤漆房的优势要高于早期国产烤漆房,这说明在当时的市场竞争中,国产烤漆房还是处于劣势。由于工艺技术的落后,专业化生产水平不高,形成不了规模化生产经营,所以难以与进口烤漆房抗衡。在激烈的市场竞争中,吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）第2页共38页从1992年起,以中国中大集团为代表的烤漆房生产企业立足于高标准、高起点、高技术含量、大批量,并导人了品牌经营战略,产品很快对意大利进口烤漆房市场形成了巨大冲击,并带动了国产汽车烤漆房的生产和销售。到了1993年,意大利进口汽车烤漆房在中国国内产品的挤压下已逐渐萎缩,不久后就退出了中国市场的竞争。目前国内市场流行的红外线烤漆房，主要是先进的碳纤维红外线石英电热管作为发热载体的。碳纤维红外线石英电热管作为烤漆房的电热元件，有效地提高了能源的利用率，使原本烤漆房的功率由原来的40～60kw，降低到24～30kw左右，能源的消耗降低了一半，而烤漆的效果和效率确提高了很多，很受广大用户的欢迎同时，烤漆房企业也作为主力产品推广。1.2烤漆房国内外发展现状烤漆房一般是用来喷涂和烘烤漆的，因此烤漆房最确切的描述应为“喷烤漆房”。广泛用于汽车、机械、五金、家具、玻璃钢制品、化工设备等行业的工件表面喷漆、烤漆施工作业。随着轿车保有量的迅速增加,汽车喷烤漆房已成为维修轿车的重要生产设备,具有很大的市场潜力。近年来国内有数十家企业在生产汽车喷烤漆房,国外汽车喷烤漆房的厂商也纷纷参与国内喷烤漆房市场的竞争。在众多的喷烤漆房商品广告和样本中,如何择优选购,为不少维修企业所关注。当前,国内外汽车维修生产用喷烤漆房的结构原理相同,主要的组成部分基本一致,均由房体、送排风系统、空气净化系统、加热系统、照明系统和控制系统组成。其工作原理是:风机把外界空气压向漆房顶部静压箱,经净化后送至漆房作业区,将漆房作业区的尘粒、涂料微粒、涂料挥发物等有害物质经排气道净化后排出;需要时,可加热进人作业区的空气,以调节作业区的环境温度进行烤漆作业。国内外喷烤漆房的总体构造无优劣高低之分,但使用的机械零部件、电器和电子元器件等的性能却存在明显的差异。这些差异从产品样本中很难了解到,因为国内外喷烤漆房样本中所介绍的技术参数几乎都相同。红外线烤漆房是完全利用红外线发热装置作为红外线发热载体的一种喷烤漆房。红外线烤漆房从温度上将可分为低温、中温和高温烤漆房；从红外线发热装置可分为管状和板式两种；从红外线特点上可分为普通红外线电热管或电热板，碳素红外线电热管或电热板；红外线烤漆房主要是充分利用了红外线的特点，红外线具有反射性、渗透性和共振性。由于红外线具有优越的反射性，使得红外线在空间内随处反射，因而被烘干物体随时都可接触到红外线的的辐射；红外线的渗透性有效的渗透到漆层吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）第3页共38页的里面，可以做到由最内层向外层逐步烘干，而共振性能有效地与被烤物体的分子产生共振和摩擦，有效地提高烘干温度和环节温度，从而达到快速烘干的目的。普通红外线电热管或电热板都是以金属发热体作为发热载体的，其电热转换效率约70%左右，电热辐射转换效率约40%左右，红外线波长辐射强度较低。如今,客户对汽车维修质量的要求日益提高,车身外表的油漆质量已经提到客户讲究的议事日程上,很多汽车维修厂家为满足客户的需求都设想增添烤漆房。目前,我国已有不少厂家抓住汽车维修企业考虑添置烤漆房这一机遇,发展烤漆房设备的制造事业。总之，我国在烤漆房的设计、制造方面尚处于初级发展阶段,还存在着这样或那样的些不足之处。烤漆房作为汽车生产及保养维修行业的关键设备，也面临着空前的机遇和挑战。1.3本论文主要研究内容设计一套能够完成直热式红外线烤漆房自动控制的单片机系统，提出一种可行性方案。运用单片机对所设计的系统进行温度实时采集与控制。系统可随时打印温度变化曲线。并有相关扩展功能，如加热器断线报警、测温元件断线检测和超温报警等。合理选择异步电动机,并通过链传动将要烤漆的工件运送到室内进行烤干。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）第4页共38页第2章系统方案设计2.1系统设计要求采用单片机控制技术，实现直热式红外线烤漆控制系统设计[1]。主要技术参数：1.热源温度要求25-80℃；2..有效功率3000W；3.超调量≦5%；4.电源电压220V；5.红外线热源调控频率≦400Hz。本设计，采取带传动将要烤干的家用电器或机械零件送到烤干室内，但考虑到室内由于红外线灯的原因，室内温度高，可达到80℃左右，所以皮带容易老化，寿命将大大减少，所以最终选用链传动。由于链传动的许多优点，比如可在公文条件下工作灯，所以链传动是最合适的。实现功能：对汽车或家用电器表面的漆进行烤干。2.2系统方案论证2.2.1系统功能设计方案1.信号采集部分：温度传感器的选择[2]：方案1：采用DS18B20串行温度传感器。该传感器精度高，抗干扰能力强，反应时间稍长。方案2：采用AD590，它的测温范围在-55℃～+150℃之间，而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为±0.3℃。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏，使用可靠。方案1与方案2比较，方案1反应时间过长而且价格比较高，方案2具有较高的性价比，同时具有外围电路简单，精度高等优点。所以选择方案2。2.控制电路：方案1：使用模拟电路搭接。此方案的优点是成本低，程序简单，易于实现。但模拟电路受外界特别是温度的干扰很大，且器件之间的互相干扰也非常明显。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）第5页共38页所以测量精度不易保证，不利于整个测量系统的工作。方案2：使用DSP作为主控芯片。由于DSP内部自带A/D转换功能，可以简化硬件电路的设计和干扰，并且使用高级语言编程，程序简单易懂，易于实现。但成本很高。方案3：使用AT89C51单片机作为主控芯片，外扩ADC0809等芯片，既可以减小外界对系统的干扰，又可以兼顾系统的成本，且完全可达到测量要求。综合以上各方案，采用方案3作为主控电路。3.扩展功能部分：方案1：使用多片外部RAM存储十分钟以上数据，另加显示电路输出数据。方案2：利用上、下位机通讯传送测量数据，并用数据库存储。不但可以实时存储、显示数据，还可以实现查询、曲线打印功能。方便观察记录数据。很明显，方案1过于繁琐，方案2更加容易实现并且操作方便，所以选择方案2。4.键盘部分方案1：矩阵式键盘，这种键盘可以采用查询的方式也可以是扫描的方式，这种键盘的扫描的时间十分的长，一般用于所用的键十分的多的场合。方案2：独立式的键盘，这种键盘使用十分的方便，可以直接用单片机的口线驱动，每一个口线驱动一个键盘，但是这种键盘的键的个数十分的少。由于系统设计所需的键盘用键较少，所以采用方案2。5.显示部分方案1：采用LED显示，这种显示十分的明了，成本低，驱动采用的是8279。方案2：采用大的屏幕的液晶的显示。它的成本十分的高，因此制成的成品，造价十分的高。方案1与方案2比较，我们采用方案1。2.2.2电气控制方案方案1：此方案是传统的模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定开启红外灯的组数和伺服电机的转速。其特点是电路简单，易于实现，但是系统所得结果的精度不高并且调节动作频繁，系统静差大，不稳定。系统受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，不能用数码管显示，不能用键盘设定。此方案结构图如图2-1所示。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）第6页共38页数据采集温度设置信号放大控制器信号放大固态继电器负载图2-1方案1结构图方案2：此方案是利用现代计算机技术的快速发展，采用系统机作为控制的核心，系统机不仅可以实现复杂的控制算法，而且可以方便地管理数据及程序，还可以扩展其他功能。此方案结构图如图2-2所示。CRT操作台打印机报警计算机输入通道（AI、DI)输出通道（AO、DO)干燥过程图2-2方案2结构图方案3：此方案是利用单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制，单片机系统可用数码管显示工件温度实际值，并可实现打印功能。此方案结构图如图2-3所示。键盘设定数据采集单片机报警装置数据显示打印接口光电隔离扩展接口继电器光电隔离红外灯伺服电机图2-3方案3结构图吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）第7页共38页方案1是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂控制规律，控制方案的修改也比较麻烦。方案2避免了方案1的缺点，是现代控制理论的体现，但是对于系统来说，采用系统机会导致许多资源浪费。方案3是采用以AT89C51为控制核心的单片机控制系统，尤其对温度控制，它可以达到模拟控制所达不到的控制效果，并且可以实现显示、打印、键盘设定、报警等功能，大大提高了系统的智能化，也使得系统所测结果精度大大提高。而且充分利用了单片机各方面资源，克服了系统机的这方面缺点。此方案综合考虑了系统的实用性和经济性，是相对比较合理的一种方案。通过对三种方案的比较，本设计采用了方案3。2.3系统总体控制方案本次设计力求融合机械和电子的优势，并权衡它们的利弊，开发一种新颖的、实用的和经济的机电一体化产品。综合以上各部分设计方案，本系统干燥部分采用红外线加热器和温度传感器，电气部分采用以AT89C51为控制核心的单片机控制系统。整体设计结构原理框图见图2-4。报警装置键盘设定数据显示打印接口AT89C51单片机AD转换光电隔离扩展接口数据采集继电器光电隔离红外线烤漆室红外灯AD590伺服电机前向通道后向通道图2-4系统结构图吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）第8页共38页第3章系统前向通道与后向通道设计3.1系统的前向通道单片机应用于测控系统时，总要有与被测对象相联系的前向通道。因此，前向通道设计时要考虑到传感器或敏感元件选择、通道结构、信号调节、电源配置、抗干扰设计等。在通道电路设计中还涉及到模/数转换电路等诸多问题。本系统采用的传感器为AD590，A/D转换接口为ADC0809[5]。3.1.1传感器的选择与测量电路的设计一.传感器的选择测量温度有很多传感器。热电偶灵敏度较低，但能在很宽广的温度范围内使用；热敏电阻的工作温度范围较窄，但灵敏度较高，有利于检测微小温差，其输出特性量非