胡凤忠;黎添笑;高金定
【摘 要】密集烤房是烟叶烘烤加工的专用设备；针对密集烤房原理和烟叶烘烤工艺要求,以AT89C55WD单片机为核心研制了密集烤房控制器；控制器可自动检测装烟室温、湿度,并根据预先设定的工艺曲线自动控制助燃设备和通风排湿设备,实现了烟叶烘烤全过程自动控制,干、湿球温度控制精度士1℃.控制器具有内置多条专家曲线并可快捷修改、人机界面友好、硬件软件设计模块化等特点,适于用不同特性烟叶烘烤；介绍了工作原理、控制器构成、硬件软件设计并给出了应用效果.%Bulk curing barn is the specialized equipment for tobacco curing. Aiming at bulk curing barn features and tobacco curing process requirements, a bulk curing barn controller has been designed based on AT89C55WD microcontroller. The controller can detect temperature and humidity of tobacco room and control corresponding actuators automatically according to the predetermined technology curve, realized tobacco curing overall automation, dry-bulb and wet -bulb temperature control precision ±1℃. The controller has built -in several experts curve and can quickly modification, friendly interface, hardware and software design modularity etc, and is suitable for different characteristics tobacco curing. The principle and composition of the controller are presented, and the application result is given.
防水防漏电插座
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2011(019)012
【总页数】3页(P2952-2954)
【关键词】密集烤房;烟叶烘烤;温度控制;湿度控制;AT89C55WD南瓜加工
【作 者】胡凤忠;黎添笑;高金定
【作者单位】湖南涉外经济学院电气与信息工程学院,湖南长沙410205;湖南九天科技有限公司,湖南长沙410205;湖南涉外经济学院电气与信息工程学院,湖南长沙410205
医用拉链【正文语种】中 文
【中图分类】TP216
0 引言
烟叶烘烤是烟叶加工中的一个重要环节，其烘烤质量取决于烤房装烟室的温度和湿度控制。过去，烟叶烘烤是在普通烤房里进行的，需要人工检测温湿度，人工控温排湿，劳动强度大且烘烤质量难以保证。近年来，推广使用密集烤房进行烟叶烘烤。密集烤房装烟密度大、热能利用率高，便于自动化控制，具有明显的技术优势［1－2］。
现浇梁密集烤房控制器是密集烤房烟叶烘烤过程控制的关键设备。针对密集烤房的工作原理和烟叶烘烤工艺要求，采用AT89C55WD单片机和数字式温湿度传感器研制了密集烤房控制器。控制器可自动检测装烟室温、湿度，并按预先设定的烘烤工艺曲线控制相应的执行机构，自动完成烘烤过程，无需人工干预，并且提高了烟叶烘烤质量。
1 原理与组成半带滤波器
密集烤房的基本结构包括一个燃烧室和一个装烟室，其间装有循环风机将热风输送到装烟室各个角落。燃烧室前壁装有炉膛风机，负责向燃烧室送风助燃。装烟室前壁安装电动风门，用于调整进风量，左右两侧装有百叶天窗，用于通风排湿。在装烟室装有一对温、湿
度传感器，用于检测烟叶温、湿度。密集烤房控制器依据检测的的温、湿度，适时控制炉膛风机和通风排湿风门，使装烟室温、湿度按照烟叶最佳生化曲线变化 （如图1所示），这是烟叶烘烤自动化和提高烘烤质量的关键。具体是，通过控制炉膛风机控制燃料燃烧强度和燃烧时间从而控制装烟室温度；通过控制风门的开度控制装烟室湿度；通过炉膛风机和风门的协调控制升温、保温和排湿；通过循环风机控制热风循环，从而实现烘烤过程全自动控制。系统原理框图如图2所示。密集烤房控制器是一个以单片机为核心的嵌入式系统，由操作面板、控制器主板、传感器接口、执行器驱动模块、电源模块等组成。
图1 温湿度控制曲线示意图
2 硬件主要模块设计
根据烟叶烘烤工艺要求，密集烤房控制器的设计目标是：（1）内置3条专家烘烤曲线分别对应上部叶、中部叶和下部叶，并能快捷设定修改以适应不同烟叶特性，在烘烤过程中可对工艺参数进行调整，并在掉电情况下保存；（2）记录烘烤过程数据并可随时查看；（3）运行过程中显示提示信息，包括设定温湿度、实时温湿度、运行时间、执行器状态、报警信息；（4）后备电池自动切换，保证停电后12小时内可查看当前温湿度值，来电后
自动恢复正常运行；（5）具备通信接口，能够实现记录数据下载和联网；（6）干球和湿球温度测量范围0～99.9℃，分辨率±0.1℃，测量精度±0.5℃，干球温度控制精度±2℃，湿球温度控制精度±1℃。
图2 密集烤房控制器原理框图
2.1 控制器主板设计
依据设计目标，硬件主板电路实现如图3所示。图中，AT89C55WD是一个片内含有20KB的闪速程序存储器和256B的数据存储器，32个I／O口，内置硬件看门狗的高性能8位单片机。存储芯片FM24C06用于存储专家烘烤曲线和设定的工艺曲线及烘烤过程数据，其特点是掉电后数据不丢失，而且读写速度快、寿命长。时钟芯片DS1302提供秒、分、时、日、月、年的信息，用于向单片机提供烘烤过程对应的时间。掉电检测用于检测主电源是否掉电，并自动切换到备用电池供电。报警电路用于温、湿度偏离正常值或传感器故障时发出蜂鸣音。通信接口为标准的RS485，用于数据下载或联网。操作面板为订制的LCD和按键板，用于曲线设定和显示烘烤过程数据，包括当前温湿度、设定温湿度、执行器状态、本烤运行时间、报警信息等均在操作面板上一目了然。
图3 密集烤房控制器主板原理图
2.2 传感器接口设计
温湿度传感器采用一对单总线数字式温度传感器DS18B20，分别用于检测干球温度和湿球温度 （文中湿度均指湿球温度）。其测量范围为－55～125℃，在－10～85℃范围内，测量精度为±0.5℃，完全满足烟叶烘烤过程的要求。该传感器集温度感知、数字量转换及数据长线传输于一体，抗干扰能力强，占用I／O口线少且外围线路简单。接口原理如图4所示。图中，每个传感器只有三根线，分别为电源、地和信号线，信号线接单片机P11和P12口，R1、R2为信号上拉电阻，D3～D6为信号箝位，保护端口。
图4 温湿度传感器接口原理
2.3 执行器驱动模块设计
驱动模块如图5所示，炉膛风机、风门正转、反转控制电路结构相同。以炉膛风机为例，单片机端口P14经光电隔离IC11，三极管Q5放大驱动继电器JDQ1，控制炉膛风机电源的接通或断开。风门执行器采用12V直流减速电动机。
3 软件设计
控制器的工作流程是：开烤前，首先根据烟叶部位选择一条专家曲线或根据工艺要求设定一条工艺曲线，然后启动烘烤。烘烤过程中，控制器依据检测的温湿度和目标温湿度控制执行机构，围绕设定的工艺曲线自动调节。当温度超过设定值±2℃或湿度超过设定值±1℃时，蜂鸣器鸣音报警并显示报警类型。
控制器软件采用C51编写，模块化设计。包括主处理模块、系统初始化模块、键盘显示、温湿度采集、温湿度报警、执行器控制、过程数据存储等7个模块。系统初始化模块包括全局变量初始化、I／O口配置、定时器初始化、数据缓冲区初始化、显示初始化、温湿度传感器初始化以及开炉膛风机、关循环风机、关风门等；键盘显示模块负责工艺曲线的选择和设定、系统运行／停止、烘烤过程数据显示、状态显示以及历史数据的查询。下面给出主处理模块流程 （图6）和执行器控制模块流程 （图7、图8）。
洗手器图6中，变量TEMP为当前温度，TEMPD为目标温度，TEMPPR为提前量，CONMODE为工作模式控制字。目标温度根据设定曲线计算而得，在不同升温阶段控制器自动选用不同的提前量。图7中，变量HUM为当前湿度，HUMD为目标湿度，直接使用湿球温度而不换
算为绝对湿度。风门转动角度通过控制直流减速电机接通时间来实现。
图5 执行器驱动模块原理图
图6 控制器主处理模块流程
4 实验及验证
该控制器在湖南省多个烟叶产区进行了实际烘烤实验，分别安装于气流上升式、气流下降式密集型烤房实地烘烤。实验表明，在烟叶烘烤各个阶段，装烟室实际干、湿球温度与设定干、湿球温度吻合较好，误差在±1℃以内，烤出的烟叶在颜、水分、弹性等方面的质量均有明显提高。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议