摘 要
古往今来,陶瓷在我们的生活中一直都是不可或缺的物品,而随着当今社会经济的快速发展,人们对于这些高档陶瓷产品的使用性能和产品质量上的要求也愈加严格。那么在陶瓷品的生产过程中,想要提高陶瓷品的品质和合格率,能够随时监测温度的温度计是必不可少的。
本课题的研究是基于单片机控制技术,设计出能够在陶瓷升温阶段对陶瓷温度进行检测和报警的温度计,以满足生产过程中对温度的实时检测的需求。
本文详细的阐述了温度计的设计原理以及它的硬件组成模块和软件设计方案。本课题是基于STM32单片机,使用K型热电偶温度传感器进行温度采集再通过OLED显示温度,并通过蓝牙模块进行远程控制和监测。在本课题的制作中,也考虑了本系统的实用性。并针对系统实时性的需求,对系统选择了可远程检测和报警的方法,保证了在陶瓷升温阶段对温度的严格控制,提高产品的品质和合格率。
关键词：陶瓷；温度控制；实时检测；报警；STM32单片机
ABSTRACT
Since ancient times, ceramics in our daily life use has become a can not be ignored, and with the continuous improvement of China's economy, people for the use of these high-grade ceramic products performance and product quality requirements are increasingly strict. So in the production process of ceramics, to improve the quality of ceramics and pass rate, so can monitor the temperature of the thermometer is very important.
The research of this topic is based on the SCM control technology, designed to be able to ceramic temperature in the heating stage of ceramic temperature detection and alarm thermometer, in order to meet the production process of real-time temperature detection needs.
This paper elaborates the design principle of the thermometer and its hardware module and software design scheme. This topic is based on STM32 microcontroller, the use of K-type thermocouple temperature sensor for temperature acquisition and then through OLED data transmission, in order to achieve temperature display, and through Bluetooth module for remote control and monitoring. In the making of this topic, the practicability of this system is also considered. In view of the real-time demand of the system, the remote detection and alarm method is selected to ensure the strict control of temperature in the ceramic heating stage, and improve the quality and pass rate of the product.
Key Words: Ceramic; Heating stage; The temperature contro; Real-time detection; Submitted to the; Stm32 microcontroller
目 录
1 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 研究内容及安排
2 数字温度计设计方案及相关技术
2.1 数字温度计的总体方案设计
2.2 数字温度计的相关功能
2.3 硬件选型
2.3.1 单片机选型
2.3.2 测温模块选型
2.3.3 报警模块
2.3.4 蓝牙模块
2.3.5 显示模块
2.3.6 手机APP
第4章 数字温度计软件设计
3.1 硬件结构
3.2 电路图设计
3.2.1 按键电路
3.2.2 稳压电路
3.2.3 时钟电路
3.2.4 复位电路
3.2.5 报警电路
3.2.6 测温电路
3.2.7 蓝牙电路
3.2.8 存储电路
3.2.9 显示电路
第4章 数字温度计软件设计
4.1 软件介绍
4.1.1 Keil介绍
4.1.2 Android studio介绍
4.1.3 Altium Designer介绍
4.2 程序流程图以及主函数
4.3 APP程序设计
4.3.1 APP控件布局
4.3.2 主函数code
5 系统测试
5.1 环境搭建与注意事项
5.1.1 系统调试与焊接
5.1.2 软件调试
5.1.3 硬件调试
5.2 实物调试与展示
5.2.1 实物展示
5.2.2实物功能调试
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
第1章 绪 论
1.1 课题的研究背景及意义
温度控制是工业当中十分常见的一个环节,温度是与我们日常生活、我们的工作中拥有最紧密相互关系的是物理质量,也可以说是各个专业在工程研究和设计过程中和实践中经常会碰到的一种物理质量,而且必须能够精确测量。无论从环境空气温度与实际人体温度,还是从工业炉温度,无论哪一种技术应用也离不开此温度的测量,因此所谓的测温技术被认为是所有技术中应用范围最大、并且发展速度最快的一项技术之一而如何能够对于温度变化情况进行精准的测量和监视也就已经成为了科学技术的研究和应用以及工业生产过程中的重点和任务。
而如今现代计算机技术在高速发展着,特别是单片机领域的高速进步,使得各种测量设备和仪器的结构及其原理,功能,精度,原理以及其自动化程度等诸多方面都都发生了很大的变革,这也使许多传统的测量设备被迫淘汰,取而代之的就是全新的测量设备类型及其测量系统。如今现代的科学技术在迅速地进行着探索和发展,那么如何利用性能更加良好但是价格更加简单便宜的各种元器件来开发出可以对于人类日常生活具有所影响的产品,已经逐步在科学研究中成为主流般的存在。因此,作为一种在测量工具中有着无可或缺的重要地位的温度测量仪,应该怎样利用其性能更加优越,价格更加低廉,外围控制电路更加简单的各种元器件来设计制造一台性能良好甚至更多都是优异的温度检测仪便逐渐成为了现代温度检测仪器的一个发展思考。
当今社会在不断进步和发展着,而伴随着的是人们对于消费观的不断转变以及如今社会的平均文化层次的不断提高,陶瓷也逐渐大众化,对于陶瓷的品质人们也就有了更高的标准。而在对于陶瓷进行烧制工艺中,温度控制则是保障其产品性能最重要的一个环节。无论那一个阶段,只要窑内的温度发生了偏离而导致烧成的曲线太大,就可能会严重影响到产品的性能和品质,温度也是我们在日常生产和工作中随时随地都在检测所得到的一种物理变化量,但因为这些温度往往是我们眼睛所看不见的物理量,所以我们需要通过数字温度计对温度进行更加直观的观察和监测,由此可知在整个陶瓷窑炉系统中,需要温度数据采集系统,来实时监测陶瓷窑炉内的温度以及报警。所以本课题在社会研究实用性以及市场价值上都有着积极的意义。
1.2 国内外研究现状
制陶技术在当时的我国早期便一直流行,在早期,人们依赖于使用肉眼来观察温度,吐痰进窑观察温度以及用钩照子来观察温度等多种古老且原始的观察方法,从而来观察和估计陶瓷窑炉温度变化。然而随着咱们的国内工业与科学技术的不断发展和提高,对于温度的测定方法正在不断地更朝换代,变得越来越多种。依照间接和直接测量的方法,可将其分为非接触式测量和间接测量;而按照对测温它的具体科学原理进行划分,又认为它可以细化地区分为各种物体的热胀冷缩原理进行测温,利用热电,热阻效应来进行测温,还有一些是利用热辐射,声学,红外等原理进行测温。
但在陶瓷的生产领域中,发展比较好的国家是意大利,日本和德国。他们国家在进行陶瓷生产的时候,陶瓷窑炉温度是通过常规PID控制来进行控制,而且他们的这一技术也是不是刚刚起步,而是已经非常成熟了。而近几年来,随着科学技术的不断进步和发展,电子技术和计算机技术也随着得到了空前的进步和发展,现在,一种基于控制理论、计算机技术和人工智能控制系统的新型温度管理技术已经逐渐出现:智能控制。由美国 foxboro 、日本横河等研究所开发的一种具有自主权威专家PID自整定控制器,将自主权威的系统、模式识别方法综合运用于自整定PID调节器,使得PID调节更有效,已经发展成为一种控制精度和效果较好的控制方法,从生产到的进窑、出锅、温度、压力、排烟、急冷、点火、报警等均可实现自动控制,这种方法的结构简单,适应性好[1]。
1.3 研究内容及安排
在烧制陶瓷的过程中,为了保证陶瓷的品质,升温阶段的温度控制就如同地基一般重要。该系统需要考虑对温度的实时检测和报警,将陶瓷烧制过程中的温度误差控制在最小。为了保证检测温度的实时性和报警的及时性,该系统选择了使用手机远程检测示警,能够将温度的变化随时随地的进行检测,最大化保证在陶瓷烧制的升温阶段能够保证温度的平缓升温,提高陶瓷的品质,保证陶瓷烧制的合格率。
内容安排是在第一章讲述本课题的意义和背景以及国内外的现状,第二章是对数字温度计的总体框架进行设计,并对相关模块进行选型,第三章主要是对数字温度计的硬件电路进行设计,并对它的各个子电路进行详细的阐述,第四章则是对数字温度计的相关软件进行介绍,并详细的讲解了温度计的软件设计,第五章是对本课题的最终成果进行测试,第六章是对本课题进行总结和展望。
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