單片機在烤煙炕房溫度測量和控制中的應用

目前，煙葉的生產方式已由傳統的零散型向集約型、農場型轉化，烤房也由傳統的土炕向大型烤房方向發展。煙區已廣泛推廣煙葉初烤的“三段式烘烤工藝”，并且大多數炕房已加裝熱風循環裝置。但是，干、溫度測量仍是傳統的玻璃管溫度計(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成為制約煙葉烘烤質量提高的瓶頸問題。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)執行機構　風門由電動執行器驅動，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℃范圍內時，進風門狀態保持。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　系統設計

根據以上具體要求，本系統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

本系統選用AT89C51作為CPU。AT89C51是一種低功耗、高性能的片內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

根據本系統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。　　

(2)測量電路采用恒流源供電。

2.1.4　A/D轉換器

A/D轉換器選用常用的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個執行器驅動電路分別控制風門的正反轉。為了提高系統的抗干擾能力，驅動電路采用交流固態繼電器。

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位作為數值輸入，操作方便。

(2)濕度顯示電路　濕度值采用數碼管顯示。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數碼管靜態顯示接口電路。P1.7作為輸出控制，當P1.7＝1時允許串行口輸出數據給移位寄存器，否則，顯示內容不變。

(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如圖2所示。