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基于单片机的胴体红外测温系统设计.doc
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基于单片机的胴体红外测温系统设计.doc
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常州工学院毕业设计论文
I
摘 要
在水泥的生产过程中,回转窑是实现水泥熟料煅烧的核心设备,决定窑能否优质、
高产、低消耗地生产熟料和安全运转的关键因素是窑衬。因此,在窑运转过程中,
及时了解窑状况,防止窑衬及窑筒体损坏是回转窑经济运行的重要保证。窑筒体
表面温度经处理分析后能客观地反映窑内状况。该系统通过红外测温扫描仪对
窑筒体表面温度连续在线实时监测、分析预测,防止由于过烧等各种原因造成的
窑衬及窑筒体损坏,达到提高效益的目的。
本文介绍了一种基于单片机的红外线测温系统,该系统由上位机和下位机
两大部分组成。本设计主要完成下位机部分,下位机采用与 8051 兼容的高性能、
高速单片机—STC 12C5A16AD 为控制器,安装在无刷直流电机上的红外测温扫描
仪高速旋转,完成对水泥回转窑窑体温度的数据扫描,然后通过前置放大器将
红外扫描仪采集的数据经放大后,送至 ADC 进行模数转换,且系统与计算机通
过 MAX-485 通讯,将采集到的温度数据传输到上位机处理。
该系统通过红外测温扫描仪对窑筒体表面温度连续在线实时监测、分析预
测,防止由于过烧等各种原因造成的窑衬及窑筒体损坏, 经处理分析后就能客观、
及时地反映窑内状况,从而达到保障生产安全,提高效益的目的。
关键词 STC 12C5A16AD,AD 转换,485 串口通信,红外测温
常州工学院毕业设计论文
II
Abstract
In the cement production process, rotary kiln is to realize the core equipment of
cement clinker pellets , the decision whether kiln high-quality, high yield, low
production of clinker and security is a key factor in the operation of the kiln lining.
So, in the process of kiln operation, the kiln to keep abreast of the situation, to
prevent the kiln lining and the kiln is a rotary cylinder damaged an important
guarantee for economic operation. Surface temperature of the kiln shell analysis can
be treated objectively reflect the situation in the kiln. The system through infrared
temperature scanner, the surface temperature of the kiln shell for online real-time
monitoring, analysis and forecast, prevent burn-off caused by a variety of reasons,
such as furnace and kiln shell lining damage, to improve benefits.
In this paper, a MCU based on infrared temperature measurement system, the
system consists of upper and lower machine composed of two major parts.
Completed the design of the main part of the next-bit machine, the next-bit machine
with a 8051-compatible high-performance, high-speed single-chip-STC 12C5A16AD
controller, Brushless DC Motor installed in the infrared temperature scanner,
high-speed rotation, the completion of cement rotary kiln temperature data from
scanned, and then through the pre-amplifier will be infrared scanner data collected by
the amplified, sent to ADC for analog-to-digital conversion, and system and
computer through the MAX-485 communications, the temperature data collected
transmitted to the Host Machine.
The system through the infrared temperature scanners surface temperature of
the kiln shell for online real-time monitoring, analysis and forecast, prevent burn-off
caused by a variety of reasons, such as furnace and kiln shell lining damage, after
processing analysis hind can objectively and timely reflect the stove, thus achieved
the security situation of production safety, to improve benefits.
Keywords STC 12C5A16AD , ADC , 485 Serial Communications , Infrared
Temperature Measurement,
常州工学院毕业设计论文
III
目 录
摘 要 ...........................................................................................................................I
Abstract ........................................................................................................................II
目 录.......................................................................................................................III
第 1 章 绪 论.............................................................................................................1
1.1 系统背景............................................................................................................1
1.2 系统来源及现状................................................................................................2
1.2.1 系统来源.....................................................................................................2
1.2.2 水泥窑温度监测现状.................................................................................2
1.3 系统概述............................................................................................................3
1.4 本文研究的主要内容........................................................................................4
第 2 章 系统方案设计论证.........................................................................................5
2.1 下位机数据采集部分........................................................................................5
2.1.1 测温元件比较.............................................................................................5
2.1.2 红外扫描方式比较.....................................................................................6
2.2 上位机虚拟仪器部分........................................................................................7
2.3 系统的总体方案设计和工作原理简述............................................................8
2.3.1 系统总体方案设计.....................................................................................8
2.3.2 系统工作原理简述.....................................................................................9
第 3 章 系统硬件设计...............................................................................................10
3.1 系统模块电路组成...........................................................................................10
3.2 单片机最小系统设计......................................................................................11
3.3 红外扫描测温部分...........................................................................................13
3.3.1 红外测温原理............................................................................................13
3.3.2 红外测温仪的选型和结构........................................................................14
3.3.3 前置放大器...............................................................................................15
常州工学院毕业设计论文
IV
3.4.2 无刷直流电机选型....................................................................................16
3.5 AD 转换电路设计............................................................................................18
3.6 通讯电路设计..................................................................................................19
3.6.1 通讯方式的比较........................................................................................19
3.6.2 MAX-485...................................................................................................19
3.6.3 MAX485 构成的通讯接口电路 ...............................................................20
3.7 电源电路设计..................................................................................................21
3.9 本章小结..........................................................................................................21
第 4 章 系统软件设计...............................................................................................21
4.1 单片机主程序..................................................................................................22
4.2 各部分程序初始化..........................................................................................22
4.2.1 振荡器初始化...........................................................................................23
4.2.2 数据交叉开关设置及初始化...................................................................23
4.2.3 定时器 3 设置及程序初始化...................................................................24
4.2.4 ADC0 设置及程序初始化 ........................................................................25
4.2.5 定时器 0 设置及程序初始化...................................................................26
4.3 各功能程序......................................................................................................27
4.3.1 ADCO 中断服务子程序 ...........................................................................27
4.3.2 串口通信...................................................................................................28
4.3.3 横向数据同步子程序...............................................................................29
4.4 本章小结..........................................................................................................31
第 5 章 系统调试.......................................................................................................31
5.1 单片机调试工具..............................................................................................31
5.1 分步调试..........................................................................................................32
5.1.1 电机调试...................................................................................................32
5.1.2 串口通信调试...........................................................................................32
5.1.3 模数转换调试...........................................................................................33
5.2 上下位机联合调试..........................................................................................34
5.3 本章小结...........................................................................................................34
1
第 1 章 绪 论
1.1 系统背景
在现代水泥工业中,整个生产过程中最重要的工艺环节是水泥的熟料煅烧,
回转窑是该环节的核心,回转窑内温度过高、热振荡过大,会损坏回转窑的窑衬,
严重时将殃及窑胴体,所以说,它的运转情况直接关系到回转窑产出熟料的产量、
质量、原燃料消耗和成本。在回转窑运行期间,及时了解窑内状况,适时采取相
应措施,防止窑衬及窑胴体损坏,才有可能实现窑经济运行的目标。
然而在回转窑的运行过程中,由于耐火砖分布在窑内,同时分布区域面比较
广,范围较大,而且处于运动状态,无法采用直接的方法进行跟踪,只有通过对
窑筒体表面温度的测量判断,间接地反应窑内耐火砖和窑皮的基本情况。窑筒体
表面温度的测量采用非接触式的测温设备——红外扫描测温仪,既解决了运动目
标的测量问题,又满足了测定区域范围比较广的要求。
本系统可以长时间不间断地实时监测窑胴体温度,窑胴体温度经微机分析处
理后,能够客观、及时地反映窑内状况,帮助窑系统操作人员有效地改善窑的操
作,防止窑衬和窑胴体损坏,减少非计划停窑时间,提高回转窑的运转率,保证
回转窑安全可靠的运行。因此窑胴体温度微机监测系统是实现水泥窑经济运行的
重要监测设备,它可在一定的时间内对回转窑胴体温度信息全面细致的监测与分
析一遍,使操作人员可以及时全面地了解窑内窑皮、耐火砖的状况,对防止窑内
窑皮异常状况的进一步恶化提供了准确可靠的依据,并及时地跟踪监测显示及报
警。
窑胴体表面温度是窑内外多种因素共同作用的结果,且窑胴体温度变化属大
惯性滞后变化缓慢,采用快速转角扫描式对窑胴体外表面进行扫描监测与快速线
扫描式具有同等效力。通过监测胴体表面温度、窑头内火焰温度及窑内火焰和熟
料的状态,实时了解表面温度分布及其变化,经处理、分析以后提取出揭示窑内
状况的有用信息,指导操作人员及时采取相应措施,是实现窑经济运行的有效技
术手段。
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