烟叶烤房温湿度控制系统设计

　　摘要：本文是基于单片机AT89C51对烟叶烘烤系统的温湿度进行控制。设计包括硬件电路设计和软件设计。硬件电路包括温湿度检测电路、PWM发生电路、执行机构、报警电路等，用到的硬件结构有：AT89C51、温度传感器、湿度传感器、PWM发生器SG1731、AD和DA转换电路、端口扩展芯片8255、执行电机。软件设计包括：PID、控制流程、显示扫描等。大部分程序都有相应的介绍和程序流程图，程序由运行更快、计时更精确的汇编语言编写。本人研究了烟叶烘烤技术并画出控制流程图。通过软硬件的结合，实现对目标的自动控制，使人们从复杂劳动中解脱出来。最后附有硬件电路原理图、材料清单和汇编程序。
　　本设计对提升烟叶烘烤品质有重要作用并对同类温室的设计有借鉴意义。本人也通过本次设计学会了单片机的基本应用。
　　关键词：温室设计；PWM；PID控制
　　中图分类号：TP273.4文献标识码：A 文章编号：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
　　烟叶烤房温湿度对烟叶的品质有至关重要的影响。控制方法多种多样，其中，单片机控制方法易于实现，效果较好，所以应用比较广泛。单片机控制部分采用AT89C51单片机为核心，采用软件编程，实现用PID算法来控制PWM波的产生，进而各种电机来实现温度和湿度的控制。单片机来对被控量进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控量的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因为，单片机对温度和湿度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。本文以它为例进行介绍，希望能收到举一反三和触类旁通的效果。其中，AT89C51实现了PID算法，能够很好的实现设计的要求，但PID算法的参数整定对于一般的技术人员来说，是一个难题。
　　一、总体方案概述
　　该温室控制系统主要由AT89C51单片机控制系统、前向通道（温度湿度控制和执行电路）、后向通道（温度湿度采集和反馈电路）、键盘显示电路等四部分组成，其总体设计框图如上图所示。
　　
　　图控制系统原理图
　　二、硬件电路设计与计算
　　
　　系统的控制采用了单片机AT89C51。
　　三、温度、湿度测量与反馈电路
　　测量空气温度和湿度的一对并列安置的温度传感器。干湿球温度表是同时测定空气温度和湿度的一对规格相同，装置在某处中的温度传感器。一支用来测定气温，称“干球温度表”；另一支球部包扎一条纱布，纱布的下部浸到一个带盖的水杯内。杯口距球部3cm，杯中盛蒸馏水（只允许用医用蒸馏水），供湿润湿球纱布用，称“湿球温度表”。湿度是根据热力学原理由干球温度表与湿球温度表的温度差值计算得出。
　　AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。
　　
　　在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。由于AD590为电流输出元件，它的温度每升高1KΩ，电流就增加1uA。当AD590的电流通过一个10KΩ的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mV/K，为了使此电阻精确（0.1%），可用一个9.6KΩ的电阻与一个1KΩ电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10KΩ。图中所示是一个电流&电压和绝对&摄氏温标的转换电路，其中运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。而运放A2的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给A2的同相输入端输入一个恒定的电压（如1.235V），然后将此电压放大到2.73V。这样，A1与A2输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。将AD590放入0℃的冰水混合溶液中，A1同相输入端的电压应为2.73V，同样使A2的输出电压也为2.73V，因此A1与A2两输出端之间的电压：2.73-2.73=0即对应于0℃[4]。根据项目要求AD转换器选择AD0809，与系统的连接见下图：
　　
　　由于直流伺服电动机系统能方便进行无级调速且能在较大范围内实现精度、速度和位置控制，所以在要求系统性能高的场合，如轧钢、造纸机、金属切削机床等许多领域，都广泛地使用直流伺服系统。
　　四、PWM技术的应用
　　常用PWM技术的基本原理是利用高频载波与控制波进行比较，从而产生经过调制的PWM波。为了满足逆变电源的需要，减小输出电压的谐波含量，载波信号采用对称的三角波实现PWM输出波形的对称双边调制，使输出电压不含偶次谐波。
　　许多国外知名厂商开发生产了针对不同应用场合的专用PWM集成电路。如SGl731型PWM集成电路．该芯片是专门针对直流电动机控制而设计的单片集成电路。由SGl731PWM集成电路组成的直流伺服电机调速系统实用性强，可靠性高，具有广阔的应用前景。根据设计要求，可选用DAC0832。
　　五、软件设计
　　软件设计流程图如下：
　　
　　
　　参考文献：
　　[1]AT89C51中文资料
　　[2]蒋廷彪等.单片机原理及应用[M].重庆:重庆大学出版社,2003
　　[3]朱清林,贾转红.基于AT80C51的温湿度控制系统的设计与实现[D].桂林:桂林电子科技大学通信与信息工程系,2007
　　[4]AD590中文资料
　　[5]沈玉梅.SG1731PWM在直流伺服电机调速中的应用[D].大连：大连职业技术学院，2009年
　　[6]谭建成.电机控制专用集成电路[M].北京:机械工业出版社,1995
　　[7]李海滨,片春媛,许瑞雪.单片机技术课程设计与项目实例[M].北京:中国电力出版社,2009
　　[8]于海生.微型计算机控制技术[M].北京:清华大学出版社,1998
　　[9]优质烟叶烘烤技术指南
　　[10]王晓明.电动机单片机控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007

相关热词搜索：温湿度 烟叶 控制系统 设计