煙葉烤房溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：本文是基于單片機(jī)AT89C51對(duì)煙葉烘烤系統(tǒng)的溫濕度進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件電路包括溫濕度檢測(cè)電路、PWM發(fā)生電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、報(bào)警電路等，用到的硬件結(jié)構(gòu)有：AT89C51、溫度傳感器、濕度傳感器、PWM發(fā)生器SG1731、AD和DA轉(zhuǎn)換電路、端口擴(kuò)展芯片8255、執(zhí)行電機(jī)。軟件設(shè)計(jì)包括：PID、控制流程、顯示掃描等。大部分程序都有相應(yīng)的介紹和程序流程圖，程序由運(yùn)行更快、計(jì)時(shí)更精確的匯編語言編寫。本人研究了煙葉烘烤技術(shù)并畫出控制流程圖。通過軟硬件的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)控制，使人們從復(fù)雜勞動(dòng)中解脫出來。最后附有硬件電路原理圖、材料清單和匯編程序。
　　本設(shè)計(jì)對(duì)提升煙葉烘烤品質(zhì)有重要作用并對(duì)同類溫室的設(shè)計(jì)有借鑒意義。本人也通過本次設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了單片機(jī)的基本應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：溫室設(shè)計(jì)；PWM；PID控制
　　中圖分類號(hào)：TP273.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 (2011) 18-0000-02
　　Tobacco Barn Temperature and Humidity Control System Design
　　Zu Hualong
　　(Hefei University of Technology,Hefei 230061,China)
　　Abstract:This article is based on AT89C51 microcontroller on tobacco curing temperature and humidity control system to gain my point.Design consists of hardware and software design.Hardwares.PWM circuit,the various implementing agencies,Alarm circuit and so on.The hardware structure used:AT89C51,temperature sensor,humidity sensor,PWM generator,SG1731,AD and DA conversion circuit chip 8255 port expansion,Various implementation motors and so on.Software design including:PID,control flow,display scan and so on.Every program has the corresponding descriptions and flow charts,besides,The procedures are written by the assembly language which runs faster and is more precise timing.To carry my point,I have studied the tobacco curing technology,and draw the flow chart.Through a combination of hardware and software,to achieve the target of control,people are freed from the complex work.Finally,there is a hardware circuit diagram,a bill of materials and the assembly procedures to help design the circuit.
　　The design of upgrading the quality of tobacco in the greenhouse has an important role in the design and the same reference.It will be helpful to people who want design the similar system.I also got much through this single chip and knew how to design the basic applied circuit.
　　Keywords:Greenhouse Design;PWM;PID control
　　煙葉烤房溫濕度對(duì)煙葉的品質(zhì)有至關(guān)重要的影響�？刂品椒ǘ喾N多樣，其中，單片機(jī)控制方法易于實(shí)現(xiàn)，效果較好，所以應(yīng)用比較廣泛。單片機(jī)控制部分采用AT89C51單片機(jī)為核心，采用軟件編程，實(shí)現(xiàn)用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進(jìn)而各種電機(jī)來實(shí)現(xiàn)溫度和濕度的控制。單片機(jī)來對(duì)被控量進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控量的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因?yàn)�，單片機(jī)對(duì)溫度和濕度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。本文以它為例進(jìn)行介紹，希望能收到舉一反三和觸類旁通的效果。其中，AT89C51實(shí)現(xiàn)了PID算法，能夠很好的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求，但PID算法的參數(shù)整定對(duì)于一般的技術(shù)人員來說，是一個(gè)難題。
　　一、總體方案概述
　　該溫室控制系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)、前向通道（溫度濕度控制和執(zhí)行電路）、后向通道（溫度濕度采集和反饋電路）、鍵盤顯示電路等四部分組成，其總體設(shè)計(jì)框圖如上圖所示。
　　
　　圖控制系統(tǒng)原理圖
　　二、硬件電路設(shè)計(jì)與計(jì)算
　　
　　系統(tǒng)的控制采用了單片機(jī)AT89C51。
　　三、溫度、濕度測(cè)量與反饋電路
　　測(cè)量空氣溫度和濕度的一對(duì)并列安置的溫度傳感器。干濕球溫度表是同時(shí)測(cè)定空氣溫度和濕度的一對(duì)規(guī)格相同，裝置在某處中的溫度傳感器。一支用來測(cè)定氣溫，稱“干球溫度表”；另一支球部包扎一條紗布，紗布的下部浸到一個(gè)帶蓋的水杯內(nèi)。杯口距球部3cm，杯中盛蒸餾水（只允許用醫(yī)用蒸餾水），供濕潤濕球紗布用，稱“濕球溫度表”。濕度是根據(jù)熱力學(xué)原理由干球溫度表與濕球溫度表的溫度差值計(jì)算得出。
　　AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。
　　
　　在設(shè)計(jì)測(cè)溫電路時(shí)，首先應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換成電壓。由于AD590為電流輸出元件，它的溫度每升高1KΩ，電流就增加1uA。當(dāng)AD590的電流通過一個(gè)10KΩ的電阻時(shí)，這個(gè)電阻上的壓降為10mV，即轉(zhuǎn)換成10mV/K，為了使此電阻精確（0.1%），可用一個(gè)9.6KΩ的電阻與一個(gè)1KΩ電位器串聯(lián)，然后通過調(diào)節(jié)電位器來獲得精確的10KΩ。圖中所示是一個(gè)電流&電壓和絕對(duì)&攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換電路，其中運(yùn)算放大器A1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號(hào)的輸入阻抗。而運(yùn)放A2的作用是把絕對(duì)溫標(biāo)轉(zhuǎn)換成攝氏溫標(biāo)，給A2的同相輸入端輸入一個(gè)恒定的電壓（如1.235V），然后將此電壓放大到2.73V。這樣，A1與A2輸出端之間的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫標(biāo)。將AD590放入0℃的冰水混合溶液中，A1同相輸入端的電壓應(yīng)為2.73V，同樣使A2的輸出電壓也為2.73V，因此A1與A2兩輸出端之間的電壓：2.73-2.73=0即對(duì)應(yīng)于0℃[4]。根據(jù)項(xiàng)目要求AD轉(zhuǎn)換器選擇AD0809，與系統(tǒng)的連接見下圖：
　　
　　由于直流伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能方便進(jìn)行無級(jí)調(diào)速且能在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精度、速度和位置控制，所以在要求系統(tǒng)性能高的場(chǎng)合，如軋鋼、造紙機(jī)、金屬切削機(jī)床等許多領(lǐng)域，都廣泛地使用直流伺服系統(tǒng)。
　　四、PWM技術(shù)的應(yīng)用
　　常用PWM技術(shù)的基本原理是利用高頻載波與控制波進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)制的PWM波。為了滿足逆變電源的需要，減小輸出電壓的諧波含量，載波信號(hào)采用對(duì)稱的三角波實(shí)現(xiàn)PWM輸出波形的對(duì)稱雙邊調(diào)制，使輸出電壓不含偶次諧波。
　　許多國外知名廠商開發(fā)生產(chǎn)了針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合的專用PWM集成電路。如SGl731型PWM集成電路．該芯片是專門針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)控制而設(shè)計(jì)的單片集成電路。由SGl731PWM集成電路組成的直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，可靠性高，具有廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可選用DAC0832。
　　五、軟件設(shè)計(jì)
　　軟件設(shè)計(jì)流程圖如下：
　　
　　
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