分布式多点温度检测系统设计讲述.doc

PAGE  分布式多点温度检测系统设计 绪论 硅是地球上储藏最丰富的材料之一，从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。直到上世纪60年代开始，硅材料就取代了原有锗材料。硅材料――因其具有耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件的特性而成为应用最多的一种半导体材料，目前的集成电路半导体器件大多数是用硅材料制造的。 单晶硅具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999％，甚至达到99.9999999％以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。单晶硅的市场前景广阔，所以现在又很多的单晶硅生产厂家。 单晶硅的生产是在高温的环境下进行的，他的生产最常用的是直拉法，生产炉各式各样，但都需要进行温度控制，因为硅单晶采用直拉法时有它最适宜生长的温度范围，所以时刻检测炉温是很有必要的，针对这一问题我进行了本次设计。 单晶硅炉温检测技术现状 在生产过程中，加热炉温度的控制是十分重要的。单晶硅炉的发热体为电阻丝，常规方式大多采用仪表测量温度，并通过控制交流接触器的通断时间比例来控制加热功率。由于模拟仪表本身的测量精度差，加上交流接触器的寿命短，通断比例低，故温度控制精度低，且无法实现按程序设定的升温曲线升温和故障自诊断功能，因此目前要对传统的温度控制方法进行改造，用微机取代常规控制已成必然，国内已相继出现各种以微机为核心的温度控制系统[1]。这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高，可以大大提高产品质量和减轻工人的劳动负担。在它的工作过程中，温度控制是一个很重要的环节。一直以来，人们采用了各种方法来进行温度控制，都没有取得很好的控制效果。在计算机发达的今天，人们就想采用计算机来进行控制，应用计算机的实时监控技术和高温测量技术，可实现单晶硅炉[2]的实时监控，它取得的控制效果明显的好于其它的方法，它既可以提高产品质量，又节省能源。 而单片机对温度的测量与控制并不是简单的按顺序先后执行一些机械的动作，而是要进行相应的复杂运算和判断，这就是单片机的智能性所在。在智能温度测量与控制电器中，单片机起了智能控制部件作用。它的存在，提高了电器的品质，增加了智能温度测量与控制电器的功能；并在智能温度测量与控制电器中执行模拟人类智能的进程。随着智能控制理论和人工智能研究的深入，各种更加逼真地模拟人类智能的智能温度测量与控制电器会更多的出现，而单片机和智能理论的结合，将来不但更多的改进现行智能温度测量与控制电器，而且将会产生全新的智能温度测量与控制电器。 1．2 设计概述 本设计为单片机控制单晶硅炉温检系统，系统智能控制部分由单片机及其相关的外围电路组成，外围电路包括温度检测以及补偿放大电路、A/D转换电路、LED动态扫描电路、键盘设计电路和报警电路。论文共分四章节，主要对硬件设计、软件设计作了较为具体的论述。由于本人知识、实际应用水平及工程实际水平有限，在本次毕业设计中难免产生一些错误，敬请各位老师批评指正。 2 系统整体方案设计 2．1 确定设计任务 设计任务：为一个单晶硅生产车间设计一套温度检测系统，该系统应布线尽可能的少且具有显示、记录和报警功能。测温范围:0～1600°C, 当检测温度不在1200～1300°C范围内时，系统会发出报警声，温度检测精度±5‰，巡检时间2分钟。 系统组成及工作原理 系统工作原理框图如图1： 图1 系统工作原理框图 工作原理：键盘输入，主机向从机发送地址指令，从机根据自己的地址判断主机是否在连线自己，若不是，则继续等待；若是，则向主机发送温度数据，主机根据收到的信息，进行处理，在8位数码管上显示，并判断温度是否在设定的温度范围内，如果不在，则启动报警。 3 系统硬件设计 3．1 8051单片机 3.1.1 8051引脚及功能： 8051的引脚图[3]如图2： 图2 8051引脚图 MCS-51单片机是一个具有40根引脚的双列直插式器件，引脚图及其功能分类如图4所示。其引脚功能如下： Vcc：编程和正常操作时的电源，电压为+5V。 Vss：接地端。 XTAL1：接外部晶体的一个引脚。当单片机采用外部时钟信号时，次脚应接地。 XTAL2：接外部晶体的一个引脚。当单片机采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此引脚接入。 RST：复位控制输入，再振荡器运行时，使RST脚至少保持两个机器周期为高电平，可实现复位操作。CPU通过执行内部复位来响应，在RST为高电平的第二周期时执行内部复位。在Vcc关断前加上Vpd（掉电保护），RAM的内容将不变。