摘要：随着市场对产品多元化的需求，实际连续过程的运行，会导致连续过程中各模式间的均值和协方差发生了改变。因此连续过程的不恰当运用会给化学化工生产造成严重危害，所以这对于连续过程的检测与诊断、控制和优化带来了更高的要求。由此可见，研究开发基于STC51的连续过程故障诊断系统设计在化学化工中具有实用的应用价值。

本文以基于STC51的连续过程故障诊断系统设计为研究课题，将主成分分析法应用于化工过程故障检测与诊断中。利用STC51单片机，设计一个连续过程故障检测和诊断系统，以STC51为主要控制芯片，适当配置用于采集化工过程温度、液位、压力和流量等物理量的硬件电路，对STC51芯片进行程序设计，能够实现在连续搅拌釜反应器（CSTR）过程进行故障检测与诊断。

通过对基于STC51的连续过程故障诊断系统的研究，本文设计了一个利用STC51编写检测和报警程序，利用 Proteus设计电路原理图，通过对软、硬件调试，达到课题设计要求，完成检测算法研究，可成功实现连续搅拌釜反应器（CSTR）过程进行故障检测与诊断。

关键词：STC51，故障诊断，主成分分析法，化工过程，CSTR

目录

摘要

Abstract

1绪论-1

1.1本课题研究的意义-1

1.2国内外研究现状-2

1.3研究内容-3

2 CSTR系统控制策略-5

2.1 进料流量控制方案-5

2.2 反应釜料位控制方案-5

2.3 反应温度及升温速率控制方案-5

2.4连续搅拌反应釜的工作原理-6

2.5连续搅拌反应釜的动力学模型-7

3主成分分析法-9

3.1主成分分析(PCA)简介-9

3.2主成分分析法原理-9

3.3主成分分析算法-10

3.4基于PCA算法的故障诊断步骤-10

3.4.1离线PCA监测模型的计算步骤-11

3.4.2在线过程监测与故障诊断步骤-13

4基于STC51的连续过程故障诊断系统设计-15

4.1 AT89C51单片机-15

4.2 硬件的系统的设计-16

4.2.1操作说明-16

4.3 信号采集电路-17

4.3.1气体传感器的选择-17

4.4信号转换电路-19

4.5单片机报警的系统的设计-19

4.6温度传感器的选型-21

4.6.1 DS18B20温度传感器的存储器-21

5软件系统的设计-23

5.1软件系统的结构的分析-23

5.2子程序设计-24

5.2.1温度的程序流程设计-24

5.2.2 LED数码显示管程序流程图设计-26

6单片机系统的仿真-27

6.1 Proteus与各模块的创建-27

6.2 Proteus与Keil编程软件调试-28

总 结-33

参考文献-34

致谢-36