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烟叶烤房温湿度自动控制仪的设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了利用模糊控制技术研制的基于单片机的KF-1型烟叶烤房温湿度控制仪的软硬件设计。本控制仪使烤房内的温湿度按照烟叶最佳生化控制曲线而变化,从而提高了烤房内温湿度的控制精度和烤烟质量。

    关键词:温度控制 模糊控制技术 嵌入式单片机 AT90S8535

烟叶成熟采摘后必须经过烘烤加工才能制成工业用烟。这个烘烤过程一般需要几十个小时,完全由人工控制烤房燃烧室的火车并监测烤房温度,所以烟农劳动强度很大;而且不能精确控制烤房内的温湿度,也不能对烤程精确计时,使烤出的烟叶工业利用率较低。
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    为解决上述问题,开发了KF-1型烟叶烤房温湿度自动控制仪。该控制仪采用嵌入式单片机作为控制器,智能监测传感器温湿度的变化,并根据烟顺烤制过程中的最佳生化控制曲线,利用模糊控制技术控制执行机构,保证烤房内温湿度严格按照最佳生化控制曲线变化,从而提高了烤房内温湿度控制精度及烤烟质量,减轻了烟农的劳动强度。
烟叶烤房温湿度自动控制仪的设计
1 硬件系统的设计

KF-1型烟叶烤房温湿度自动控制仪是针对国家烟草局在闽南地区推广的烟叶烤房项目而设计的。这种类型的烟叶烤房前后均开设一个“门”,前门负责煤燃烧室的给风。需要增加火力升温时加大前门的开启量,从而使得烤房内温度升高;反之减小其开启时甚至关闭,使得烤房内温度降低。后门用于调整烤房的湿度,湿度过高时加大后门的开启量;反之减小其开启量甚至关闭。KF-1型烟叶烤房温湿度自动控制仪的硬件结构如图1所示。
烟叶烤房温湿度自动控制仪的设计
    1.1 主控芯片

为了降低控制仪的成本并减小体积,主控芯片(CPU)选用美国ATMEL公司的嵌入式单片机AT90S8535[1]。该芯片内部具有的8通道10位精度ADC,可满足温度转换的精度要求;其内部的8K字节在线可编程FLASH、512字节SRAM及512字节在线可编程EEPROM可满足编程调试的需要;32个可编程的I/O接口中除PA口用于A/D转换外,其它I/O接口可接显示电路、键盘输入及预设置电路和执行机构的驱动电路等。这样,使用一片40脚的DIP芯片就可以完成设计要求,调试方便、控制灵活。
烟叶烤房温湿度自动控制仪的设计
    1.2 信号采集保持电路

信号采集保持电路如图2所示。KF-1型烟叶烤房温湿度自动控制仪最多可处理6路温度和湿度输入信号,图2所示为其中的一路。温、湿度传感器选用半导体热敏电阻,运放选用精密运算放大器OP07,集成稳定块7805给OP07的正输入端提供基准电压,传感器采集的温、湿度信号送到OP07的负输入端,电位器W1用于调节采样基准,电位器W2用于调整运放的放大倍数。多路温、湿度传感器采集的温、湿度信号分别经过信号采集保持电路处理后送到AT90S8535的PA口进行A/D转换。
烟叶烤房温湿度自动控制仪的设计
    1.3 LCD显示驱动电路

LCD显示驱动电路的硬件构成如图3所示。显示器用于显示烟叶烘烤过程的设定温湿度值、实时检测的温湿度值和烤程计时时间。这里选用带背光的字符型液晶显示器GXM0802BSL。烟叶烤房温湿度自动控制仪的设计这款液晶显示器可显示两行字符,每行八位。AT90S8535的PC0~PC7和LCD的八位数据线连接,

PD4~PD6与LCD的控制线连接,通过软件编程实现显示功能。

    1.4 按键和预置设置输入及报警电路

本控制仪设计有两个按键,一个用于设定温、湿度显示和实时检测温、湿度显示之间的切换,另一个用于实现自动控制和人工控制之间的切换。两个按键分别通过74LS

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