单片机某型微反应实验装置控制系统设计(2)
参 考 文 献 33
附录A 系统初始化子程序 35
附录B 串口数据处理子程序 37
附录C A/D转换子程序 40
附录D 执行元件控制子程序 42
附录E 控制界面子程序 44
诸论
1.1 课题研究背景及意义
某型微反应实验装置由进料系统、预热系统、微混合单元、温度压力检测系统及不同停留时间管线分布的延时系统组成。通过微混合单元与停留时间分布管线的串联，可以实现不同类型的化学反应。本课题旨在设计该型微反应实验装置控制系统的控制电路和控制软件，最终为该型微反应实验装置的工程研制提供帮助。
1.2 国内外研究情况
本课题旨在设计某型微反应实验装置的控制系统以实现对其各组成单元的控制。该型微反应实验装置要求控制系统对装置中的5个特定温度点进行温度的检测，显示和控制，对装置中的2个特定压力点进行压力的检测，显示和控制以及对装置中的反应物盛放容器进行液位的检测和显示。不论是温度、压力还是液位控制系统，国内外都已经进行了大量的研究，各种各样的控制系统层出不穷，这给予本设计极大的参考价值。
控制系统一般由控制系统硬件和控制系统软件组成。
1.2.1 控制系统硬件
控制系统硬件的组成按功能可分为电源模块、信号采集模块、信号转换模块、信号控制和处理模块。
（1）电源模块
电源模块为控制系统各组成元器件提供工作电压。使用标准普通电源或根据实际需要配合相应电压调整电路就能实现系统的平稳供电。
（2）信号采集模块
信号采集模块是控制系统的基础，信号的采集由传感器完成。
温度传感器可分为两大类：模拟式温度传感器和数字式温度传感器[1]。模拟式温度传感器输出模拟信号，主要包括热电阻和热电偶温度传感器；数字式温度传感器输出数字信号，效率和精度更高，有利于实现系统的简化。压力传感器主要有：应变式压力传感器、压电式压力传感器和电容式压力传感器。压电式压力传感器以价格低、精度高、线性度好等优点被广泛使用。液位传感器主要有：投入式、超声波式、磁翻板式等。
（3）信号转换模块
信号转换模块包括变送器和A/D转换模块。
多数情况下传感器输出的是模拟信号，模拟信号需要经过稳压滤波、非线性校正、运算放大、V/I转换等处理过程变成工业控制中所需的标准电信号输出，整个过程由变送器完成。但输出的标准电信号还是模拟信号，要经过A/D模块转换成数字信号供微处理器后续处理。
（4）信号控制和处理模块
信号控制和处理模块的任务是处理输入的数字信号，输出电信号控制执行元件动作，实现对被测量的控制和调节。
温度控制元件是加热器。加热器的加热方式有接触式加热和非接触式加热两种：接触式加热主要是金属丝加热和薄膜加热；非接触式加热包括热空气加热、红外加热和感应加热[1]。压力控制元件是压力控制阀。压力控制系统中一般要求压力控制阀能够响应电信号，电气比例阀、电磁阀和压力继电器因自身的电气特性在压力控制系统中被广泛使用。电气比例阀以滑阀为主，用比例电磁铁直接控制阀芯的位移，使得阀门开度与控制电压成比例[2]；电磁阀可由电信号控制阀中电磁铁的通断电实现阀门的开关动作；压力继电器则利用液体压力信号来启闭电气触点，即液体压力达到压力继电器设定值时，发出电信号控制电气元件动作。