單片機在烤煙炕房溫度測量和控制中的應用

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)炕房已加裝熱風循環(huán)裝置。但是，干、溫度測量仍是傳統(tǒng)的玻璃管溫度計(火表)，風門或火門的控制仍采用人工被動地控制。這種測量方法和控制方式已經(jīng)成為制約煙葉烘烤質(zhì)量提高的瓶頸問題。文中以濕球溫度(簡稱溫度)工藝要求為例，介紹了以單片機為核心的溫度控制裝置，基本實現(xiàn)烤煙過程中溫度的自動控制。

1　溫度控制工藝要求。

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

(2)檔位設置　為了適應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。每檔對應的溫度曲線如圖1所示。

(3)執(zhí)行機構　風門由電動執(zhí)行器驅(qū)動，其運行時間為80s，即1.1°/s；電源：220V，50Hz。

(4)自動控制　當濕球溫度值超過設定值0.5℃時，進風門自動開啟5 s；當濕球溫度值在設定值±0.5℃范圍內(nèi)時，進風門狀態(tài)保持。當濕球溫度值低于設定值0.5℃時，進風門自動關閉5s。

(5)報警　當溫度高于或低于設定值1℃時，蜂鳴器報警。

2　系統(tǒng)設計

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

2.1　硬件設計

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、非易失存儲技術制造，存儲器可循環(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作為測溫元件。Cu50測溫范圍為度高，價格適中，滿足了該系統(tǒng)的技術求。

2.1.3　測量電路

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

(1)選用低漂移、精度高的OP07作為運算放大的電路?！　?/p>

(2)測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　輸出通道設計

有3個輸出通道：1個報警電路，2個執(zhí)行器驅(qū)動電路分別控制風門的正反轉(zhuǎn)。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，驅(qū)動電路采用交流固態(tài)繼電器。

2.1.6　人機通道設計

(1)濕度設定電路　溫度檔位設定采用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。為了不再擴展并行接口，利用串行口的移位寄存器功能，擴展3b數(shù)碼管靜態(tài)顯示接口電路。P1.7作為輸出控制，當P1.7＝1時允許串行口輸出數(shù)據(jù)給移位寄存器，否則，顯示內(nèi)容不變。

(3)報警電路　利用蜂鳴器報警。

各單元組合起來，得到完整的硬件系統(tǒng)如圖2所示。