单片机在烤烟炕房温度测量和控制中的应用

目前，烟叶的生产方式已由传统的零散型向集约型、农场型转化，烤房也由传统的土炕向大型烤房方向发展。烟区已广泛推广烟叶初烤的“三段式烘烤工艺”，并且大多数炕房已加装热风循环装置。但是，干、温度测量仍是传统的玻璃管温度计(火表)，风门或火门的控制仍采用人工被动地控制。这种测量方法和控制方式已经成为制约烟叶烘烤质量提高的瓶颈问题。文中以湿球温度(简称温度)工艺要求为例，介绍了以单片机为核心的温度控制装置，基本实现烤烟过程中温度的自动控制。

1　温度控制工艺要求。

(1)技术要求　有效测控范围：20～80℃；测量精度：±0.5℃；控制精度：±1.0℃；分辨率：0.1℃；

(2)档位设置　为了适应烤烟工艺要求和烟叶的具体情况，将湿球温度分为九档，以供选择。每档对应的温度曲线如图1所示。

(3)执行机构　风门由电动执行器驱动，其运行时间为80s，即1.1°/s；电源：220V，50Hz。

(4)自动控制　当湿球温度值超过设定值0.5℃时，进风门自动开启5 s；当湿球温度值在设定值±0.5℃范围内时，进风门状态保持。当湿球温度值低于设定值0.5℃时，进风门自动关闭5s。

(5)报警　当温度高于或低于设定值1℃时，蜂鸣器报警。

2　系统设计

根据以上具体要求，本系统用单片机作为控制单元，热电阻作为传感器，完成了装置的设计，其工作原理如下：

2.1　硬件设计

2.1.1　微处理器选择

本系统选用AT89C51作为CPU。AT89C51是一种低功耗、高性能的片内4 kB快闪可编程/擦除只读存储器的8b CMOS微控制器，与MCS-51微控制器产品系列兼容，使用高密度、非易失存储技术制造，存储器可循环写入/擦除1000次。AT89C51的引脚与 8031相同。因此，不需要扩展即能满足要求。

2.1.2　传感器的选择

根据本系统的测量精度和控制精度要求，本装置选择了热电阻式传感器Cu50作为测温元件。Cu50测温范围为度高，价格适中，满足了该系统的技术求。

2.1.3　测量电路

温度的测量和控制主要取决于温度测量精度，因此，为了保证测量精度，测量电路中采取了两方面的措施：

(1)选用低漂移、精度高的OP07作为运算放大的电路。　　

(2)测量电路采用恒流源供电。

2.1.4　A/D转换器

A/D转换器选用常用的ADC0809即可满足技术要求。该芯片分辨率为8 b，总的非调整误差为±1LSB，输出电平与TTL电平兼容，单电源＋5V供电，模拟量输入范围为0～5V。

2.1.5　输出通道设计

有3个输出通道：1个报警电路，2个执行器驱动电路分别控制风门的正反转。为了提高系统的抗干扰能力，驱动电路采用交流固态继电器。

2.1.6　人机通道设计

(1)湿度设定电路　温度档位设定采用BCD码拨盘，利用P1口的低4位作为数值输入，操作方便。

(2)湿度显示电路　湿度值采用数码管显示。为了不再扩展并行接口，利用串行口的移位寄存器功能，扩展3b数码管静态显示接口电路。P1.7作为输出控制，当P1.7＝1时允许串行口输出数据给移位寄存器，否则，显示内容不变。   

(3)报警电路　利用蜂鸣器报警。

各单元组合起来，得到完整的硬件系统如图2所示。

2.2　软件总体设计

2.2.1　程序结构设计

主程序结构采用循环方式，采用定时器T0中断处理程序控制电动执行器启动或停止。主程序进行系统初始化，包括定时器、I/O和中断系统的初始化。

循环中进行以下操作：拨盘设定值检测、温度检测、标度变换、数字滤波、温度显示和控制，这些操作分别由相应子程序模块完成。主程序流程图如图3所示。

2.2.2　程序模块设计

在程序中使用了多个子程序，下面以温度检测和T0中断处理控制子程序说明其设计。

(1)温度检测程序

该程序的功能是连续7次A/D转换，把转换结果保存在3BH开始的单元中，然后进行数字滤波，得到中值存于33H单元。A/D转换采用查询方式。

(2)T0中断处理控制子程序

湿球温度的高低受风门打开的角度控制，因此，该程序的功能是将检测的温度实际值与设定值下、上限的比较，控制风门打开的角度和温度升降的速率。上限设定值(存于3AH)和下限设定值(存于38H)分别是档位设定温度(存于39H)的±0.5℃。每5min检测判断控制风门的运行状态，每次风门动作 5s，即打开或关闭5.5°。图4为T0中断程序流程图。

3　结语

根据本文所介绍的原理，已经做出了温度控制装置。同时，在硬件上增加了手动/自动转换功能，软件上增添了抗干扰措施，使该装置工作更可靠、稳定，已被平顶山烟草公司宝丰县分公司的使用所证明。