單片機(jī)在烤煙炕房溫度測(cè)量和控制中的應(yīng)用

目前，煙葉的生產(chǎn)方式已由傳統(tǒng)的零散型向集約型、農(nóng)場(chǎng)型轉(zhuǎn)化，烤房也由傳統(tǒng)的土炕向大型烤房方向發(fā)展。煙區(qū)已廣泛推廣煙葉初烤的“三段式烘烤工藝”，并且大多數(shù)炕房已加裝熱風(fēng)循環(huán)裝置。但是，干、溫度測(cè)量仍是傳統(tǒng)的玻璃管溫度計(jì)(火表)，風(fēng)門或火門的控制仍采用人工被動(dòng)地控制。這種測(cè)量方法和控制方式已經(jīng)成為制約煙葉烘烤質(zhì)量提高的瓶頸問(wèn)題。文中以濕球溫度(簡(jiǎn)稱溫度)工藝要求為例，介紹了以單片機(jī)為核心的溫度控制裝置，基本實(shí)現(xiàn)烤煙過(guò)程中溫度的自動(dòng)控制。

1　溫度控制工藝要求。

(1)技術(shù)要求　有效測(cè)控范圍：20～80℃；測(cè)量精度：±0.5℃；控制精度：±1.0℃；分辨率：0.1℃；

(2)檔位設(shè)置　為了適應(yīng)烤煙工藝要求和煙葉的具體情況，將濕球溫度分為九檔，以供選擇。每檔對(duì)應(yīng)的溫度曲線如圖1所示。

(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)　風(fēng)門由電動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)，其運(yùn)行時(shí)間為80s，即1.1°/s；電源：220V，50Hz。

(4)自動(dòng)控制　當(dāng)濕球溫度值超過(guò)設(shè)定值0.5℃時(shí)，進(jìn)風(fēng)門自動(dòng)開(kāi)啟5 s；當(dāng)濕球溫度值在設(shè)定值±0.5℃范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)風(fēng)門狀態(tài)保持。當(dāng)濕球溫度值低于設(shè)定值0.5℃時(shí)，進(jìn)風(fēng)門自動(dòng)關(guān)閉5s。

(5)報(bào)警　當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定值1℃時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上具體要求，本系統(tǒng)用單片機(jī)作為控制單元，熱電阻作為傳感器，完成了裝置的設(shè)計(jì)，其工作原理如下：

2.1　硬件設(shè)計(jì)

2.1.1　微處理器選擇

本系統(tǒng)選用AT89C51作為CPU。AT89C51是一種低功耗、高性能的片內(nèi)4 kB快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器的8b CMOS微控制器，與MCS-51微控制器產(chǎn)品系列兼容，使用高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造，存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入/擦除1000次。AT89C51的引腳與 8031相同。因此，不需要擴(kuò)展即能滿足要求。

2.1.2　傳感器的選擇

根據(jù)本系統(tǒng)的測(cè)量精度和控制精度要求，本裝置選擇了熱電阻式傳感器Cu50作為測(cè)溫元件。Cu50測(cè)溫范圍為度高，價(jià)格適中，滿足了該系統(tǒng)的技術(shù)求。

2.1.3　測(cè)量電路

溫度的測(cè)量和控制主要取決于溫度測(cè)量精度，因此，為了保證測(cè)量精度，測(cè)量電路中采取了兩方面的措施：

(1)選用低漂移、精度高的OP07作為運(yùn)算放大的電路?！　?/p>

(2)測(cè)量電路采用恒流源供電。

2.1.4　A/D轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器選用常用的ADC0809即可滿足技術(shù)要求。該芯片分辨率為8 b，總的非調(diào)整誤差為±1LSB，輸出電平與TTL電平兼容，單電源＋5V供電，模擬量輸入范圍為0～5V。

2.1.5　輸出通道設(shè)計(jì)

有3個(gè)輸出通道：1個(gè)報(bào)警電路，2個(gè)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路分別控制風(fēng)門的正反轉(zhuǎn)。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，驅(qū)動(dòng)電路采用交流固態(tài)繼電器。

2.1.6　人機(jī)通道設(shè)計(jì)

(1)濕度設(shè)定電路　溫度檔位設(shè)定采用BCD碼撥盤，利用P1口的低4位作為數(shù)值輸入，操作方便。

(2)濕度顯示電路　濕度值采用數(shù)碼管顯示。為了不再擴(kuò)展并行接口，利用串行口的移位寄存器功能，擴(kuò)展3b數(shù)碼管靜態(tài)顯示接口電路。P1.7作為輸出控制，當(dāng)P1.7＝1時(shí)允許串行口輸出數(shù)據(jù)給移位寄存器，否則，顯示內(nèi)容不變。   

(3)報(bào)警電路　利用蜂鳴器報(bào)警。

各單元組合起來(lái)，得到完整的硬件系統(tǒng)如圖2所示。

2.2　軟件總體設(shè)計(jì)

2.2.1　程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主程序結(jié)構(gòu)采用循環(huán)方式，采用定時(shí)器T0中斷處理程序控制電動(dòng)執(zhí)行器啟動(dòng)或停止。主程序進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括定時(shí)器、I/O和中斷系統(tǒng)的初始化。

循環(huán)中進(jìn)行以下操作：撥盤設(shè)定值檢測(cè)、溫度檢測(cè)、標(biāo)度變換、數(shù)字濾波、溫度顯示和控制，這些操作分別由相應(yīng)子程序模塊完成。主程序流程圖如圖3所示。

2.2.2　程序模塊設(shè)計(jì)

在程序中使用了多個(gè)子程序，下面以溫度檢測(cè)和T0中斷處理控制子程序說(shuō)明其設(shè)計(jì)。

(1)溫度檢測(cè)程序

該程序的功能是連續(xù)7次A/D轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在3BH開(kāi)始的單元中，然后進(jìn)行數(shù)字濾波，得到中值存于33H單元。A/D轉(zhuǎn)換采用查詢方式。

(2)T0中斷處理控制子程序

濕球溫度的高低受風(fēng)門打開(kāi)的角度控制，因此，該程序的功能是將檢測(cè)的溫度實(shí)際值與設(shè)定值下、上限的比較，控制風(fēng)門打開(kāi)的角度和溫度升降的速率。上限設(shè)定值(存于3AH)和下限設(shè)定值(存于38H)分別是檔位設(shè)定溫度(存于39H)的±0.5℃。每5min檢測(cè)判斷控制風(fēng)門的運(yùn)行狀態(tài)，每次風(fēng)門動(dòng)作 5s，即打開(kāi)或關(guān)閉5.5°。圖4為T0中斷程序流程圖。

3　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)本文所介紹的原理，已經(jīng)做出了溫度控制裝置。同時(shí)，在硬件上增加了手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，軟件上增添了抗干擾措施，使該裝置工作更可靠、穩(wěn)定，已被平頂山煙草公司寶豐縣分公司的使用所證明。