摘要
本文主要介绍了一种用于皮革生产中的滚筒温度计算机控制系统。本系统对四个辊子的表面温度进行了精确的控制，并对其进行了温度控制，达到了+3℃。以MCS-51单片机为核心，实现了对温度的自动调节。
该系统以AT89C51为主控芯片，以EPROM27128、RAM 6264扩展卡为主控芯片，并以此为核心设计了一套完整的程序内存、数据内存。时钟电路，复位电路，外部器件（AD590,AD574,DAC0832,LED）等构成了一个实用的硬件电路。该系统以PID算法为核心，在软件方面进行了设计。在前向通道中，采用了传感器和模数变换器两种方式，选择了AD590作为传感器，通过AD574将传感器信号变换为模数变换器，并将信号传递到上位机。滚子温度的控制是由一个数模转换部件和一个执行器部件组成。在该装置中，DAC0832起到变流器的作用，而螺线管起到执行器的作用，通过对进入的蒸气量进行控制，达到对辊温进行控制的目的。在该系统中，以74LS164晶片及LED数字管为主要显示部件，由4个数字管组成，第1个数字显示通路编号，第2个数字显示所选择通路的温度。另外，选择了一个矩阵键盘来设置温度，调整参数。
本系统具有高稳定性，高响应速度，高精度，简洁、直观的显示界面。利用单片机进行控制，可提高系统运行的稳定、可靠度，是一种很有前途的新技术。
关键词：单片机温度传感器A/D转换
第1章绪论
1.1课题研究背景及意义
根据中国铁道部的统计，截止到2013年12月28号，中国的铁路线运行里程已突破100,000公里，这是一个巨大的数字。其中，时速120公里或更高的铁路有40000多公里，时速160多公里的铁路有20000多公里。目前，我国高铁里程已突破10,000公里，是全球最长、最大规模的高铁国家。在此基础上，提出了新的发展思路，并提出了新的发展思路。到2020年，中国的铁路线将达到120,000公里，高速的旅客运输网络将基本覆盖所有的省会和人口超过50万的大都市。这充分说明了我国铁路运输行业的快速发展，以及未来发展的良好前景。
随着轨道交通技术的快速发展，乘客的舒适度也日益受到关注。乘客乘坐舒适性越高，越能吸引越多的乘客，越能使人们对轨道交通的需求越大，对轨道交通行业的迅速发展起到了促进作用。随着交通流量的增加，对资源、环境等方面造成了很大的压力。为此，我国交通运输业要走可持续发展之路，实现经济、社会、环境的和谐发展。
城市间轨道交通是一种新型的绿色出行模式，在节约能源、节约土地、降低环境污染和促进区域可持续发展等方面发挥着重要作用。在我国，轨道交通是一种重要的公共交通工具，是一种新型的公共交通工具，也是一种新型的公共交通工具。这种发展方式将有助于构建一个绿色、低碳、智慧的城市，从而为建设一个更美好的生活、更美好的家园打下坚实的基础。
皮革是由动物去皮，去脂，去毛，软化，上油，染色等物理，化学处理而成，以满足人们的需要。它的原料以动物表皮为原料，一般要经过几道工序的加工，才能获得理想的质地与品质。真皮不但质地、颜色独特，还具有优良的耐磨性、防水性、耐热性、耐冷性。所以，皮革被广泛用于服装，鞋子，箱包，家庭装饰品等。
皮革是以天然蛋白纤维为原料，通过单宁、染色等工序，紧密地编织而成，并有自然纹理、自然光泽。皮具的强度高，有一定的弹性，可塑性，且具有良好的耐磨性，防水，透气，排湿，抗腐蚀等特性，所以被广泛应用于汽车内。但由于皮革生产过程繁琐，生产成本相对较高，因此，如何有效地控制皮革生产成本，提高皮革生产效率，是目前皮革生产中亟待解决的问题。
近年来，伴随着科学技术的发展，皮革生产中涌现出了一系列的新技术，如先进的数字设计与制造技术、新型的材料与工具等，使得皮革生产效率与成本得到了极大的提升。比如，利用数字设计与制造技术，可以使皮革产品的研发与制造更加快捷、准确，从而降低了资源的浪费；同时，采用新的制造材料与制造设备，也能增加生产线的稳定性与寿命，减少故障率与维修费用。另外，在制革过程中，运用可持续发展的技术与原料，既可以降低对环境的污染，又可以成为制革企业的一大卖点。
所以，利用持续引入新技术、改进工艺和采用环保材料等方法，可以使皮革生产的效率和质量得到提升，同时还能降低生产成本和对环境的影响，从而更好地满足市场的需要。
制革装置一般由若干炉身及传送装置组成，经若干炉身加温处理后制成。监测系统主要对各炉及传动装置的运行情况进行监测，以保证设备的正常运转，从而提高产品的产量及质量。但是，监测系统在实际使用中也存在着一些网络安全问题。犯罪分子往往通过非法手段操纵监测系统，导致监测系统失效，并在较长时间内对制革体系的正常运作产生不良影响。
为了保证电力生产与监测系统的正常运转，需要采取一系列的安全措施。首先，要加强对监视器的安全管理，对监视器的使用进行严格的控制，以避免非法进入。其次，要定期对监测系统进行软件更新，以增强监测系统的安全、稳定度。另外，为了保证监测系统的数据安全性，还需要使用网络隔离、数据加密等技术。在此基础上，建立完善的应急预案，以便在出现安全隐患或遭受黑客袭击时，能够迅速做出反应，以保证生产系统和数据的安全。
总之，做好电网监测系统的网络安全工作是必不可少的。只有加强安全管理，对软件进行升级，采用网络隔离和数据加密技术，并采取应急处理措施，才能保证电力生产监控系统的安全运行，保证生产的正常进行。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
在全球经济持续增长、城市化加速的背景下，轨道交通已逐渐成为现代城市中最具代表性的交通方式。当前，世界轨道交通发展呈现出多样化的趋势，技术也比较成熟的城市轨道交通一共有七种类型，分别是：地铁、市郊铁路、轻轨、单轨、导轨、线性电机牵引的轨道交通以及有轨电车。
其中，城市地铁是一种地下或高架的轨道交通系统，沿途站点设施完备，市内交通网络比较密集，具有快速、高效、安全的特点。所谓的城郊铁路，就是将市区和周围的城市联系在一起，车站比较分散，速度也不算太快，但是距离太远，就必须要解决交通问题了。在城市与城郊间运行的轻轨，是一种介于地铁与有轨电车之间的轨道交通方式，其交通量不大，适用于快速、短途的通勤需要。有轨电车是指在公路上运行，适于城市中短途交通的有轨电车。单轨轨道和轨道轨道是比较罕见的，适合于旅行等特殊情况。直线电动机驱动的轨道交通，速度快，效率高，噪声低，在环境保护方面有很大的优势。
从整体上看，每个国家都应该根据自己的实际情况和实际需要，来选择合适的方式来开发和使用。在未来，随着交通技术进步和环境保护需求的日益增长，城市轨道交通将朝着快速、高效、环保的方向发展。同时，二十一世纪初期，全球皮革工业正经历着一场巨变。过去，像欧洲、北美洲这样的发达世界，曾为它们供应过许多原料皮革，现在这种情况已不复存在了。东南亚是制革行业的崛起之地，尤其是以中国为代表的亚洲制革国家的制革行业得到了快速的发展。目前，亚洲地区占全球皮革总产量的53%，而亚洲地区的原料皮则占全球总产量的40%；欧洲主要由意大利，西班牙，法国，葡萄牙等国家组成，其制革量约占全球制革量的27%，而原料制革量则约占全球制革量的18%；北美及中美两个国家，分别占全球10%及17%的毛皮生产；南美洲的制革工业约占全球总制革工业的8%，而原制革工业约占全球总制革工业的13%。
随着人们对环境保护意识的日益增强，以及人们对可持续发展战略的一次又一次地提出，21世纪的化学工业正面临着前所未有的挑战，同时也对皮革化工产业的各个方面的发展产生了巨大的影响。
1.2.2国内研究现状
中国皮革工业是由皮具制造、制革、毛皮及相关产品和皮革化工、皮革机械和辅料等组成的一个完整的产业链构成的。该产业的主要特征是：上、下游关联度高，市场驱动力强，产品持续性强，集创汇，富民，创造就业机会。
中国皮革毛皮及制品行业的规模以上企业在2006年的工业总产值为3852亿元，较去年同期增加了20%，较去年同期减少了6.5个百分点；利润总额为258亿元，较去年同期增加了20%，较去年同期减少了17个百分点。同年，中国皮革毛皮及其制品出口总额为348亿美元，较去年同期增加7%，但与去年同期相比减少12个百分点；而进口总额为49亿美元，较去年同期增加19%，较去年同期增加13个百分点。中国制革工业既是一项巨大的经济增长点，又是一项以大量劳动为主体，以大量的劳动人口为主体，为广大人民群众提供了大量的工作岗位，同时也是一项不可缺少的“富民”产业。
中国每年生产的轻型皮具约为7亿平方米，占世界皮具总产量的百分之二十多。中国自上个世纪末以来，已成为世界主要的制革大国，对世界制革工业的繁荣与发展作出了重大贡献。中国制革工业是我国轻工业的主力军，是我国主要的出口导向性行业，在全球范围内具有较高的竞争优势。在世界皮具业中，中国皮具业因其产业链完备，带动就业，带动经济发展，创新产品层出不穷，已跻身于世界之列。
《中国制革年鉴》的资料表明，中国的制革工业拥有丰富的资源和生产能力，尽管中国的制革工业总体上处于被压缩乃至完全消失的状态，但依靠广东，江苏，浙江，山东，河南等主要制革工业基地，中国的制革工业无论在年产值还是在出口创汇方面都处于世界前列，并在世界上占有重要地位。与此同时，一些新产品也开始出现，如增强了功能和环境友好性，从而保证了工业的可持续发展。
总体上看，中国制革工业发展态势喜人，已成为改善环境，实现富民，实现出口创汇的重要产业，并将在今后的发展中，不断推动技术革新和产业升级，打造高质量、高效率、高质量、高质量的新型工业，为国家和人民提供更多的服务。
世界制革工业正加速向世界各地的制革工业转移，以求维持制革工业的持续健康发展。因为皮革行业是一个劳动密集型和资源消耗型的行业，所以在产业转移的过程中，一定要遵守经济的规律，从成本高的地区到成本低的地区，从经济发达的国家或地区到经济不发达的国家或地区。要实现这一目标，就必须对产业结构进行整体优化，由单一的皮革生产发展到一个完整的皮革工业体系，将制革与制品、皮件、皮革化学品、皮革机械、皮革五金等完整的产业链都包含在内。与此同时，要把重点放在构建产业集群上，充分利用地区的优势，推动集约化、高端化、绿色化、智能化的发展，提升行业的竞争能力和核心竞争能力，从而达到增效、降低能耗的目的，达到可持续发展的目的。
1.3本课题设计任务及要求
此项工作要求设计一种可用于皮革生产线上的滚筒温度控制的单片机最小系统。该系统必须具备数据采集，温度显示，参数修正等多种功能。对系统的控制精度要求为±3摄氏度，同时要保证辊面温度在110摄氏度以上。
要达到这种最低限度的系统，我们可以遵循下列步骤：
确定单片机型号：选取一种与该任务相匹配的单片机，以任务参数要求为依据，来确定其处理能力、接口数量和存储容量等技术参数。
确定温度传感器：选取与该任务相匹配的一种温度传感器，按照任务参数的要求，确定其技术参数，如测量范围，精度，输出信号等。
温度控制器的设定：依据任务的参数需求，设定温度控制器的技术参数，如精度，输出方程，控制算法等。
完成了硬件的设计：以单片机模型为基础，结合温度传感器的数据说明，对单片机的电路进行了设计，并进行了电路的设计。并在此基础上，以温控仪提供的数据为依据，对温控仪的电路进行了设计。
执行软件设计：按照单片机的型号及工作要求，编写了单片机的控制程序及接口程序，并完成了程序的调试及测试。
进行测试和验证：对设计的最小系统展开实际测试，并验证其运行效果，对系统参数和程序代码进行调整，直到满足任务参数要求为止。
综上所述，要设计出一套单片机最小化的控制制革生产线轧辊温度的系统，必须按照任务的要求，选择适当的单片机、温度传感器和温度控制器，并对其进行软硬件设计，最终通过测试和验证，保证该系统可以正常工作，达到任务的要求。
第2章系统方案确定
2.1系统硬件控制方案
由多个探测系统组成的装置，可由单片机控制。所以，在设计微型计算机系统时，必须假定它能适应现实中出现的新情况，并能同时控制多种生产装置。另外，该系统必须具有较强的可扩充性，才能满足将来可能产生的新要求。
为达到该系统的设计要求，本文从如下几个方面对其进行了归纳：
在进行设计之前，需要对任务要求进行仔细的分析和理解，对需要控制的参数及其范围、精度、控制方式等进行明确。一旦确定了设计的目的和需求，就可以进行具体的设计了。
选择合适的材料：在选择所需的硬件设备和单片机时，要综合考虑性能价格比，品质，可靠性，供应渠道。同时，也可采用一些技术途径与方法，使元件与单片机的性能与稳定性得到改善。
硬件设计：主要是对电路的设计，配线的设计，以及系统的规范化设计。在系统设计中，根据节省费用的原则，对系统进行了优化，使系统的性能价格比和可靠度得到了较大的提高。同时，为了增强系统的整合性和维护性，可以采用规范的设计方法。
软件部分：主要是对系统的控制、接口程序进行了设计，并对系统进行了调试、测试。在编程过程中，采用模块化、面向对象的方法，可以有效地改善软件的可伸缩性、可维护性。
检测与确认：检测与确认是保证系统运行的重要一步。在测试与确认过程中，必须运用适当的手段与手段，对系统的功能、性能与可靠性进行测试。并对试验过程中出现的问题做了详细的记录，对试验结果进行了分析，以保证试验结果达到了预定的要求。
总而言之，在设计系统的时候，必须要合理地选择材料，将硬件和软件设计结合起来，并且要进行足够的测试和验证，才能保证系统可以正常工作，达到设计的要求。同时，随着时间的推移，系统的性能和可靠性也会得到进一步的改善。
控制系统的总体设计框图如图2-1所示。
图2-1系统框图
该系统的主控制器选用了AT89C51，内部有功能强大的硬件电路和PID控制算法，还可以进行程序扩展，数据扩展和恢复电路，可以与外部设备（例如：AD590、AD574、DAC0832和LED）进行连接。该直通信道由一个探测单元和一个数模变换单元组成。在本系统中，采用AD590型传感器，将测量到的温度信息发送给AD574，并对其进行处理。在此基础上，提出了一种基于ADC的数字信号处理方法。获得该电压值后，对电机端的电压是否处于保护状态进行判定。
在电流检测端，将被测信号通过整流桥进行整流、分离，再送至单片机对其进行处理。这样就可以监控异步电机的电流，并将其与设定的门限相比较，从而在异步电机超出某一门限时对异步电机进行保护。同时，温度传感器还将采集到的数据送至MCU进行处理。通过对采集到的信号进行PID调节，并进行运算，实现对整个系统的控制。此外，后向通道也具有D/A部件和执行器，为了输出模拟信号给前向通道，计算机和控制部分应该具有数字信号转换成模拟信号的D/A转换器。输出讯号经DAC0832变频器传送，藉由执行机构调整进汽流量，以达到控制辊温的目的。本系统采用74LS164作为控制电路，驱动数字管，实现了对数字信号的4位数字显示。在这些数字中，第1个数字是对信道进行显示，而最后3个数字是对所选择信道的温度值进行显示。也能显示出设置的或实际的温度。在有报警的情况下，能自动触发报警。此外，本系统还应具备自检、语音、报警、报警、报警等功能。利用74LS164控制电路对AT89C51的串行输出进行控制，实现了对数字显示的控制。
2.2系统控制算法的确定
2.2.1数字PID算法
PID自适应控制方法是目前应用最广泛，也是最复杂的控制方法。该控制器结构灵活，既能用一般PID调节，又能按要求调节PID参数，如PI参数，PD参数，PID参数等。PID控制算法能建立起相应的数学模型，对于复杂的被控对象，如微机控制系统，具有很好的控制效果。偏差原理的基本思路是：在测定了所要求的炉温的偏差值后，可以用炉子的功率来调节控制信号，从而实现对炉子热量的控制。”PID控制”是一种以精度、连通性、畸变等指标为基础进行控制的控制方式。这是工业管理人员常用的一种方式。该算法结构灵活，一般能获得满意的效果。另外，为了满足各种工业应用的要求，PID控制也能随需而作相应的调整。
PID控制的理想微分方程为：
制革生产线发出的讯号为模拟式讯号，必须先将讯号变换成数位讯号，再传送到电脑上加以处理。采用PID算法，通过对有关参数及控制方程的分析，求出PID方程。如果设定温度取样周期为，则第次取样所得之输入偏移为，则稳压器之输出为。是：
增量式PID控制既考虑了系统的现有误差，又考虑了系统的历史误差与当前误差之间的差异。该控制方法响应快、稳定，且不易引起系统振动。所以，在控制系统中，采用增量式PID控制更适宜。
2.2.2 PID参数的整定
PID参数可以按照表2-1给出的缺省值来选取，这样可以尽量降低试错率。对应地，所述测试和所述操作可遵循下列步骤：
1)针对具体系统的特性与需求，选择适当的控制与输出参数，以及所需要的温度区间。
2)按照诸如PID算法等选择的控制算法来决定PID参数。可参照表2-1的内容，并作相应的调整。
3)用试验设备进行试验，记录试验数据，对试验结果进行分析，在必要时做相应的修正。
4)如需修正控制参数，在必要时，要重复试验，同时要保证试验结果的稳定及可重复。
5)在调试完毕后，需对该系统进行检验与确认，以保证其控制效能及稳定度达到所需标准。
在此基础上，对PID控制器进行了优化设计，达到了较好的控制效果。
在PID控制系统中，为了使PID参数最优，一般需要执行以下的试验程序：
1)只利用正比项，逐渐增大正比因子KP的数值，然后观察每一次检测后的性能指标，如响应时间、超调量、恒定错误等，以达到预期的效果。若满足上述条件，还可以对其它参数进行调节，使控制效果得到进一步的优化。
2)若仍然存在恒定误差，则可设法减小比例系数KP，提高过调，从而测试出适当的相位。
3)当控制系统出现了诸如重复率高、调整时间长等过度波动特征时，可通过添加不同的差动系数TD，逐步摸索出合适的PID参数组合。
4)在每一次参数设定变化后，对PID控制器的有效性进行了检验，保证了PID控制器的稳定、可靠，同时，对实验结果进行了汇总、分析。
根据上述试验过程，可根据PID参数的设定，逐步进行PID参数的调整，达到最优控制效果。在使用过程中，要注重系统的稳定与可靠度，并根据具体情况，对其进行检测与调整，使其达到最优。
2.2.3采样周期T的确定
在理论上，该控制系统不仅具有较高的精确度，而且具有较强的抗压能力。但是，在这样的控制系统中，控制器的运算全部依靠E（K）信号完成。如果检测时间较短，则检测到的E（K）信号也较短，从而使计算机不能进行平衡调整。反之，如果试验的时间太长，则会使试验的误差增大。此时，需要将取样时间作为保证系统稳定的条件。
当决定取样时间时，下列因素应予以考虑：
1)系统的反应时间：取样的时间应该比系统的反应时间要短，这样才能保证控制器在系统发生改变前就能对其控制量作出反应。
2)平稳：还应考虑采样周期和信号涨落之间的关系。若取样时间过长，则会造成系统失稳，若取样时间过短，又会使系统噪音增大，进而影响控制效果。
3)电脑的处理速度：取样的时间必须要够长，不然电脑会在指定的时间里处理不了。
在此基础上，通过试验与分析，找到了最佳的取样时机。选择适当的取样时刻，可使整个控制系统在工作状态下一直处于平稳状态，使其工作可靠，工作效率高。
第3章系统前/后向通道设计
3.1传感器的选择
3.1.2湿度传感器的选择
AD590是根据热电偶的工作原理设计的一款可被广泛应用于各种温度范围的温度传感器，它的主要特点如下：
1)测温范围大：AD590可测-55°-150°C，可测高、低温、低温等多种不同的测温条件。
2)耐压范围广：AD590具有4V-30 V的输入电压，可以适用于多种应用场合。
3)高精度的测温：AD590的测温精度很高，在测温范围内的线性误差很小，能够满足对测温的高要求。
4)输出信号的稳定性：AD590的输出是一个不会受到外界条件影响的线性电压信号，因此其输出信号的稳定性较好。
总之，AD590是一款适合于多种测温与控制应用的高性能测温传感器。它在机械、自动控制、热力学、电子学、能源工程等方面有着广阔的应用前景。
1.基本应用电路
该传感器的封装图、应用电路图如图3.1所示
2.摄氏温度测量电路
图3-2摄氏温度测量电路
从图3~2所示的电路可以看出，R4是用来调整AD301的激发效率的，并且以这样一种方式进行控制，即，将输出设为R20C，而V0=0。调节R4的阻值至摄氏100度，并在这时记录输出电压V0。反复多次以上的过程，直至VO在0摄氏度时为0毫伏，而在100摄氏度时为100毫伏。最后，将该时刻的输出电压VO以室温（如25℃）进行测试。
由实验结果可知，在25℃时，输出电压VO为25 mV。从这个电路图表可以看出，沸腾的水在100℃的范围内，而冰-水混合液在0℃的范围内。通过调整R4，可以有效地调节AD301的激发效率，达到精确测温的目的。实践中，可根据具体情况，适当调整电路参数，保证了测温精度，提高了测温的稳定性和可靠性。
在图3-2所示的工作中，AD301的激发效率是通过调节R4的阻值来调节的，因此可以得到精确的温度测定。按照题目的要求，要达到这个目的，就必须把频响增加到200毫伏/摄氏度。这时，若华氏温度为-255.4热力学温，则可乘9/5，再除以0.2，即200毫伏/摄氏度，则可得相应的输出电压。此外，为了保证测试的精度与可靠性，还必须考虑传感器的精度与采样频率等对测试结果的影响。
3.1.2湿度传感器的选择
设计了一种以MS01—1型硅湿敏电阻为核心的湿敏电阻。本文介绍了一种基于晶体管的晶体管，这种晶体管在不同的温度下，其电导率会因温度的不同而不同。为得到精确的湿度数据，本文采用了一种基于RC桥型振荡电路的MS01-1型湿度传感器，并对其进行了实验研究。
由MS01-1型湿度传感器收集到的湿度信息，再由电压跟踪电路输出高、低阻抗及准确的电压信号。这些讯号再经过整流、滤波、放大，再由ADC0809输出，再由ADC0809输出，最后由AT89C51微处理器处理。
在此基础上，提出了一种基于温度补偿的数字信号处理方法。为提高测量精度，提高测量精度，对测量精度也有很大要求。为了提高湿度传感器的寿命，在实际应用中要特别注意，要使其远离严酷的环境。
图3-3湿度输入电路
3.2 A/D转换器与接口电路
在所设计的系统中，仅仅展示数据是不够的，还要对所收集到的数据进行科学的分析，从中提炼出有用的信息，作出正确的决定。目前，在海量的数据中，大部分的数据分析都依赖于计算机技术。为此，本文还设计了一种PC接口，实现了与CPU的数据交换与处理。
本设计选用了AT89C51单片机作为通讯接口，实现了对数据的全双工串行接口。由于串行接口效率高，可靠性高，带宽较大，因此很容易与终端机进行通讯。同时，也可作为AT89C51与其他AT89C51间的通讯接口使用，使整个系统的数据传送更为灵活。
在此基础上，将采集到的数据传送给微机，并对其进行分析、处理及可视化显示。另外，还可以通过计算机向用户发出命令，对用户进行远程控制。该方法既增强了系统的可操作性，又增强了系统的实用化能力，同时也极大地改善了用户的操作方便性，提高了通讯的效率。
在此基础上，通过系统的调试与标定，保证系统的稳定性与精确性，从而达到更高精度、更可靠的数据传输与计算分析。为了确保系统的长时间稳定工作，还必须对其进行定期的维护与测试。
一种用于A/D转换电路和中央处理器间数据传输的方式；
①延迟待命
在开始模数转换之前，CPU必须完成一系列的工作，并在此基础上运行一个延时程序。这一延时所需的传送时间大于所选择的模数转换晶片所需的传送时间。当延时结束后，中央处理器会输入启动指令，开启三个门，接受模数转换后之讯号。这种方法叫做“等待”，它的电路示意图见图3~4。
图3-4等待法接口电路
②查询方法
当AD转换芯片启动工作时，通常要对EOC（End of）进行检测。高或低电平，用于询问是否切换完成。根据EOC值的变化情况，可以判断模数转换电路是否已经完成了对模拟信号的采集与转换。在图3~5中给出了界面电路。
图3-5查询法接口电路
③中断方式
在模数转换器结束变换之后，它的EOC（结束变换）信号的上升将经由8259 A的控制面板向CPU发送一个应用错误。CPU会回应这个错误，并且会把读的结果传送给程式伺服器，以增加它的使用率。图3~6示出了中断方法接口电路的原理图。
图3-6中断法接口电路
A/D574转换器的介绍引脚如图3-7所示。
主要功能：
图3-7 AD574的引角
AD574A控制过程：在CE=1、=0将正常工作。正常工作=0进行A/D转换，=1读取数据。A0和控制数据输出状态，控制表如图3-8。
图3-8 AD574A控制端标志意义
图3-9示出了AD574A与AT89C51单片机的界面电路。AD574A单片机有切断信道和存储数据的作用，所以它的输出管脚可以直接与接收信号的总线相连。AT89C51的T0引线在模拟-数字信号间进行变换操作时，控制了通道的闭合以及ADC芯片工作的启动。因为ALE和START这两个管脚是互相连在一起的，所以AT89C51就经由三个74LS373的数据锁存器传送逻辑控制讯号（A0,WR,RD)，以控制AD574A的工作。经由8051的资料埠P0传送该讯号。
图3-9接口电路
3.3后向通道的设计
3.3.1 D/A转换器的选择
在完成指令操作之后，电脑把指令的输出信道与指令的信道相连，称为反向信道界面。在数模转换器中，所使用的芯片种类繁多，其功能及应用范围也不尽相同。在对数据进行了分析之后，本系统选择了DAC0832作为D/A转换器，它是一种8位分辨率的D/A转换芯片，它与微处理器兼容，操作方便，接口简单，同时它的价格也比较便宜。因此，本系统具有较好的性能和较高的可靠性，特别适用于实际应用。图3-10中表示了DAC 0832的内部构造，3-11中表示了它的针脚图。
图3-10内部结构图
图3-11引脚图
DAC0832引脚具有以下功能：
二、DAC0832的主要性能
1.输入8位数字量
2.逻辑电平符合TTL。
3.参考电压：-10V～+10V
4.单一电源：5V～15V，功耗20mv
5.非线性误差：0.2％FSR（FSR满）
6.解决方案：8份
7.电流稳定时间：1us
3.3.2 DAC0832与AT89C51的接口电路
针对DAC0832的内部结构特点，有三种方法可供选择：单缓冲区，双缓冲区，暂态模式。因为这个系统要求一个极性电压，所以我们可以利用一个典型的一个缓冲区来实现我们想要的电压。
图3-12 DAC0832与AT89C51的接口电路
第4章单片机系统硬件设计
4.1单片机的选择
ATMEL公司的AT89C51单片机是一款性能卓越的低压高效率单片机，因此具有极强的存储功能，能够轻松应对海量数据的存储需求。ATMEL拥有8-bit CPU、Flash等多个核心技术，具有高容量、高稳定性、高容量等特点。AT89C51单片机是一种性价比高，应用领域广泛的新型单片机。插脚图显示在图4.1中。
图4.1 AT89C51单片机引脚图
各引脚功能如表4.1所示
4.1.1 AT89C51单片机时钟电路
AT89C51单片机的所有硬件运行都基于时钟控制信号，以精确的程序和精细的操作来实现高效的运行。因此，时钟电路的频率和质量对单片机的性能有着重要的影响，其中内置和外置时钟技术是最常用的两种方式。
内部时钟方式：它可以将复杂的高增益信号转换为一个可控的频率，这个频率由两个引脚XTAL1和XTAL2构成，前者通过外接的石英晶体振荡器，后者通过电容器，实现了稳定的自激振荡，电容一般为30PF，晶体振荡频率在1.2MHZ至12MHZ之间，一般选择6MHZ、11.0592MHZ或12MHZ。，具体电路图如图4.2（a）所示。
图4.2 AT89C51单片机两种时钟方式电路图
外部时钟方式：在系统中，当存在多台单片机时，通常会采用外部时钟，以实现它们的同步运行。这种外部时钟的原理是通过外部振荡器产生脉冲信号，并将信号传输至XTAL1引脚，而XTAL2则被悬浮在空间上进行处理。根据图4.2（b），可以清楚地看到电路的结构。结合本系统实际情况，采用内部时钟电路，电容选用两个30PF，晶振为12MHZ。
4.1.2 AT89C51单片机复位电路
AT89C51单片机具有强大的自动重置功能，可以通过外部的复位电路实现，它既可以通过上电来实现，也能通过人工按键来实现，其中最典型的复位电路可以参考图4.3。
图4.3 AT89C51单片机典型复位电路
在单片机启动0.1秒后，电容器C上的电压会迅速升高到5 V，而接地电阻R上的电压也会迅速降低到0 V，这样就会使得RST信号变得很低，这样就可以保证整个系统的正常工作。但是，一旦按下按钮，电容就会短路，并产生零输入响应。久而久之，电压从0.1S开始迅速下降，直至1.5V，有时会达到极限。根据基尔霍夫电压定律，此时电阻R的电压会达到3.5V，有时会达到极限，这时，由于RST引脚会接收到较高的电压，单片机会自动重置。
通常来说，单片机的重启速度要远远超过I/O接口电路，为了确保单片机和外接的硬件接口的可靠重启，Keil软件会将重启延迟设置为一个特定的时长，这样就可以有效地提高重启的效率。
4.2地址译码器的选择
因为单片微处理器不能组成一个完整的系统，所以必须采用合适的微处理器来进行扩充。大部分情况下，都必须完成地址指派和译码运算（如把一个二进制代码映射成一个独特的输出比特）。对地址的译码有两种方式：选线和选片。该系统采用选片模式实现译码。其中，译码电路主要是把地址空间分成若干个区块，用来分割各个扩充晶片，使扩充晶片的地址空间得到最大程度的利用。在此方案中，我们选用了L74LS138作为译码器，该译码器的时延只有22 ns。
图4-4 74LS138引脚图
4.3存储器扩展
4.3.1数据存储器扩展
AT89C51单片机有128位元组的资料储存和一套指令控制在中央处理器内。但是，对于AT89C51系统的实际应用来说，它的内存容量只有128个字节，这对于AT89C51系统的实际应用来说，是一个很大的挑战。例如，您可以利用AT89C51高级软件，将其与外接的RAM电路相连，以获取更多的资料。
图4-5 6264引脚图
图4-6 6264与AT89C51接口图
4.3.2程序存储器扩展
因为MCS-51 MCU中的P0端同时具有地址和数据两种功能，所以在RAM扩充过程中，需要把所得到的地址信号与从地址/数据总线输出的数据信号分开。在AT89C51的芯片中，虽然有ROM，但目前的资料储存空间并不充足，所以我们可以利用2764扩充晶片来解决储存空间的需要。计算结果可在计算机上进行显示，并可在计算机上进行打印。同时，该系统还配有一个小键盘，用于对单片机进行操作。
一般而言，地址锁可采用8-D型74LS373或8282型8282型，亦可采用8-D型74LS273型，其信号地址为透明口及GO口。所有的门闩都是透明的八门式三进制开关。若扩充程式的记忆体多于256位元组，则必须由P2来提供数个位址才能适当译码。在芯片中，除P0所提供的8比特地址外，还需要另外一条地址线。我们选用的是4 K型EPROM，所以地址线应该是14。该电路仅对EPROM进行了扩充，因此无需采用片选信号，该片选信号为EPROM的接地信号。
在本论文中，我们选用74LS373做为本论文所要讨论的地址锁。其工作原理是：在三态栅极值为低时，三态栅极值为导通，输出Q管脚随输入端状态变化而变化；当三态栅极为高电平时，三态栅极的输出被三态栅极所隔离，其输出端为高阻，因而不能输出。
图4-7 AT89C51与27128接口图
4.4键盘与显示接口电路
在本系统中，由于LED只有7个片段，LED的字体编码（片段选择编码）采用7个片段（或者8个片段，如果存在dp片段）构成的编码。下面的表格展示了LED在“仪表”域中所使用的字型编码。因为计量器内有15个发光二极管，所以字型码需要2个字节。利用AT89C51单片机串行接口，实现了显示器的输出、键盘的输入。采用P3.2线路及闸板A，对显示器输出与键盘输入进行信道选择。若P3.2是“1”，则经由与门A相连的74LS164移位寄存器74LS164，将AT89C51的TXD输出至显示屏幕，并将要在AT89C51上显示的数据。RXD还与一个移位寄存器相连，并从中读出一个偏移，从而读出一个显示信道的资料。当P3.2的值是“0”时，只有移位寄存器才能读到RXD，才能完成对键盘的扫描。AT89C51用RXD对一个74LS164位寄存器进行扫描，并将“0”的数据持续地发送出去。在每一次发送之后，在P3.4接口上读出键盘信号，若为“0”，代表键盘被按压，而对应的操作已经被传送到该程序中进行处理。
该系统采用74LS164、74HC244两个廉价芯片，为AT89C51单片机提供了一个串行接口，可以同时显示多个LED。本设计采用数码发光二极管作为显示器，一般情况下只需4个或8个字符即可。当有多个LED屏幕时，为了达到这个目的，必须采用一定的方法，使其具有方便、成本低的特点。本文所提出的方案已经在大型的Sparkasse中得到了成功的应用，并取得了很好的效果。详细资料请参阅表4.2。
图4-9 LED原理图
4.6报警电路的设计
声讯讯号介面，利用蜂鸣讯号，发出警报讯号。压电信号可用作用于生成警报信号的装置。压电式讯号要求10毫安的驱动电流，所以有可能把7406或7407芯片设定成低电压，把电机的输入与AT89C51的P1.0管脚相连。如果P1.0的高电平是“1”，而“0”是7406以下的电平，则振铃电压线路将接受一个持续的5伏左右的电压，并将产生一个声音信号。声频信号在P1.0的低压输出时停止。图4-10中给出了MCU报警界面。
图4-10使用7406作驱动的蜂鸣音报警电路
第5章系统软件设计
5.1程序流程图
1.主程序流程图
2.T0中断程序流程图
3.采样子程序流程图
第6章系统软件测试及仿真调试
6.1系统软件测试
执行系统测试要求使用合适的测试工具，例如：基尔测试软件，系统管理硬件，和诸如PL2303卸载器之类的设备。在设计系统应用软件时，采用了Keil应用软件的自动产生，把产生的应用程序转化成.hex文件，再由PL2303下载器直接上载到单片卡主机上。在对整个系统进行了实时观测，并对系统的工作状况和基础条件进行了多次的调整，最后得出了一个较完整的系统。
在此基础上，对智能温度控制制冷风扇进行了软硬件设计，并研制出了智能温度控制制冷风扇的模拟样机。通过实验与调试，本系统能根据房间内空气温度及周围环境的改变，自动调节开、关，从而达到恒温的目的。系统被分为三个档位，分别是低速、中速和高速。假定使用者将设定的温度下限设为24℃，上限设为29℃，那么当房间内的温度降到24℃以下的时候，系统就会选择停止吹风并关闭。如果房间内的平均气温介于两个档位之间，系统就会自动切换到快速档来保持房间内的舒适温度。如果房间内的温度超过了系统的上限设定值，系统就会切换到高速档继续对房间内的空气进行降温。本设计不但避免了人工的反复操作，增加了操作的方便性，而且克服了传统的小型人工变频器在常温、速度、时间等方面的缺点，节省了大量的人力和电量。另外，智能风机系统还能针对不同区域的气候条件，设计出更多的风向，更加的人性化和智能化，从而提升了使用者的使用体验。在采用智能温控制冷风机时，其耗电量应该控制在340 W以下，以充分满足现代人对温度的要求。而一般的直流电扇，其耗电量在320~640 W之间，难以达到用户所要求的合适的温度。
6.2仿真软件介绍
普罗泰斯软件的特征如下：
1)模块化设计：Proteus软件采用模块化设计理念，将电路设计、模拟、印刷电路板设计等各个模块分开，并可在各个模块间转换，从而方便了用户对电路的设计与模拟。
2)具有较强的仿真能力：Proteus的仿真能力很强，能够模拟不同类型的电路，模拟模型，以及不同类型的器件。同时，该系统还能对系统的电压、电流、功率等参数进行实时监控，为系统的分析与调试提供了方便。
3)兼容性好：Proteus软件支持DXF,BMP,PDF,Gerber等多个文件格式的输入输出，兼容性好，便于用户与其它软件之间的互动。
4)界面友好：Proteus软件具有清晰、简明、易于学习等特点，能使使用者迅速掌握并提高工作效率。
5)库资源丰富：Proteus软件中有大量的部件、模型库，使用者只需在网上查找即可查找到所需的部件或模型，为使用者进行电路的设计与模拟提供了便利。
6)对多平台的支持：Proteus软件支持Windows、Linux等多平台的操作系统，可以为不同的用户提供更好的电路设计与模拟功能。
Proteus软件在电子工程，嵌入式系统，教育与科研中有着广泛的用途。
6.3仿真步骤
该试验主要是为了检测该装置的硬件、软件工作状态，并对其进行了调试，并对其进行了调试。在试验时，应注意各元件的放置及配线的规范，并按要求完成总线的联接。各模块之间的排列要有层次，以数据流为序，避免元件之间的重叠。当对传感器的输入进行仿真时，需要对每一个输入端进行注解。
试验的具体步骤是这样的：
1.从工具库中查找需要的组件，把它们放到模拟接口中。
2.将各模块按一定的等级排列，再按电路图将其电路连接起来。
3.对MCU进行系统编程。
6.4仿真结果
在完成系统电路的搭建后，将代码烧写入单片机进行测试，系统使用AD590温度传感器采集温度数据，使用MS01-1型硅湿敏传感器检测湿度，并经过AD574模数转换模块变为数字信号发给单片机，单片机进行数据处理，然后显示在LED屏幕上，实验结果如图6.1所示。
通过对测量结果的分析，得出了测量结果，测量结果表明，在测量结果超过设定值的情况下，系统会自动发出警报，并使发光二极管发光。图6.2所示为试验结果。
结论
经过了几个月的努力，本次轨道车辆用皮革生产线自动控制系统的设计终于完成，方案设计所提出的需求和功能都已经实现并且可以稳定运行。在设计过程中出现了许多问题，但最终在老师和同学们的帮助下都相继解决，下面对整个过程做出以下总结：
本次所设计的皮革生产线自动控制系统是以AT89C52单片机为核心，在该系统中使用AD590传感器采集温度数据，MS01-1硅湿敏传感器用于检测湿度数据，这些采集到的数据会显示在LED屏幕上。当温度或湿度超出设定的阈值，蜂鸣器将会发出警报并且LED灯会持续亮起。本系统不仅对于改进其他自动控制生产线具有重要意义，而且设计成本低，运行稳定。
接下来总结以下设计的过程：最初，通过对轨道车辆皮革生产线系统需求的深入分析，明确了设计的目标，并对其功能、性能和特征进行了详尽的描述。其次介绍了单片机在该系统中的应用，以及使用单片机的优势，并对其硬件系统、软件系统进行了详细的描述。在设计过程中，首先进行了系统的模拟和仿真，并结合实际情况进行了调整。最后对该系统进行了详细的实验和测试，并对其结果进行了分析和评估。经过对该系统的研究和开发，证明了这种基于单片机的控制系统是一种简单、实用和有效的解决方案。这种系统具有较高的稳定性和可靠性。
在未来的工作中，将继续对该系统进行改进和升级，以提高其功能性。本系统虽然实现了检测温度、湿度等功能，但在一些方面仍具有一定缺陷，例如无法实现检测其他的环境参数和实现远程监控，所以未来可以开发更多的功能来提高产品的竞争力。
致谢
经过一个学期的努力，我最后终于完成了我的论文设计。从一开始的选题，到硬件的选择，再到系统设计的实现，最终到论文的完成，每走一步对于我来说都是新的尝试的挑战，这也是我在大学中独立完成的租嗲的项目。在撰写论文的期间，我也收获了许多新的知识与理论，也有颇多的感受，从理论学习到时间的跨度也成为巨大的挑战，每一次的设计与完善都是学习的收获，每一次的设计获得肯定也会使我兴奋好久。
在设计与研究中要感谢我的导师侯云海老师，老师的严谨的治学态度、渊博的学识、无私的指导使我可以顺利的完成论文，并且精益求精一次一次指导我如何修改论文，在导师的教诲下，我学到了将所学的专业知识应用到实际的设计中，在以后的学习中如何逐渐培养起这方面的意识。
我的论文作品虽然还有很多的不足之处，但这次撰写论文的经历会使我收益终生。这段时间让我感受到了如何将理论知识与实践相结合，没有学习就不会有研究的潜力，更不会有突破。
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