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熱電阻在煙葉初烤炕房溫度控制中的應用
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  摘 要:以炕房溫度工藝要求為例,介紹了以單片機為核心、以Cu50為傳感器的溫度控制裝置。實踐證明溫度測量電路新穎、測量比較精確,裝置控制性能良好。
 
  關鍵詞:熱電阻; 單片機; 煙葉烤房; 溫度測量; 風門控制
 
  前 言
 
  煙葉初烤過程中,烤房內(nèi)溫度的準確測量和有效控制是烘烤的核心和煙葉質(zhì)量的根本保證。目前,廣大煙區(qū)已廣泛推廣煙葉初烤的“三段式烘烤工藝”,并且大多數(shù)炕房已加裝熱風循環(huán)裝置,而使用的溫度測量器具卻是酒精的或煤油的玻璃管溫度計(煙區(qū)稱之為火表),控制方法采用人工啟閉回風門(用于排濕,控制濕球溫度)、火門或鼓風機(控制火爐火勢,間接控制干球溫度)。測量不準、使用不便的溫度計,被動的控制方法等成為制約煙葉烘烤質(zhì)量提高的瓶徑問題。以溫度控制工藝為例,用熱電阻Cu50作為傳感器,以單片機為核心的控制儀解決了這一問題,基本實現(xiàn)烤煙過程中溫度的自動控制。
 
  1 溫度控制要求
 
  (1)、技術要求:有效測控范圍:20℃至80℃;溫度測量精度:±0.5℃; 溫度控制精度:±1.0℃; 顯示分辨率:0.1℃;
  (2)、檔位設置:為了適應烤煙工藝要求和煙葉的具體情況,在35℃--43℃溫度范圍內(nèi)將其分為九檔,以供選擇。
  (3)、執(zhí)行機構:風門由電動執(zhí)行器驅(qū)動,其運行時間為80秒,即1.1度∕秒;電源:220V,50Hz。
  (4)、自動控制:當濕球溫度值超過設定值0.5℃時,進風門自動開啟5秒;當濕球溫度值在設定值±0.5℃范圍內(nèi)時,進風門狀態(tài)保持。當濕球溫度值低于設定值0.5℃時,進風門自動關閉5秒;
  (5)、報警:當溫度高于或低于設定值1℃時,蜂鳴器報警。
 
  2 系統(tǒng)設計
 
  根據(jù)以上具體要求,本系統(tǒng)用單片機作為控制單元,熱電阻作為傳感器,完成了裝置的設計,整個系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。其工作原理如下:

  
  
  
    2.1 硬件設計
    2.1.1 微處理器選擇
    本系統(tǒng)選用AT89C51作為CPU。AT89C51是一種低功耗、高性能的片內(nèi)4KB快閃可編程/擦除只讀存儲器的8位CMOS微控制器,與MCS-51微控制器產(chǎn)品系列兼容,使用高密度、非易失存儲技術制造,存儲器可循環(huán)寫入/擦除1000次。AT89C51的引腳與8031相同[4]。因此,不需要擴展即能滿足要求。
    2.1.2 傳感器的選擇
    根據(jù)本系統(tǒng)的測量精度和控制精度要求,本裝置選擇了熱電阻式傳感器Cu50作為測溫傳感器[3]。Cu50測溫范圍-50℃~+150℃,工作范圍20℃--80℃,線性度好,靈敏度高,價格適中,滿足了該系統(tǒng)的技術要求。
    2.1.3 測量電路
    溫度的測量和控制主要取決于溫度測量精度,因此,為了保證精度,從硬件采用了三個方面的措施:第一,測量中傳感器的連接采用新的三線制方法[1],補償由導線引起的誤差;第二,選用高精度低漂移運算放大器OP07作為運算放大的電路,第三,測量電路采用恒流源供電。如圖2所示。


  
    該電路完全消除了最常用的三線制接法[2]中導線電阻的影響。圖中R62、R63、R64的電阻值相等,其輸出電壓僅與熱電阻Rt有關,且呈線性關系。測量精度主要取決于恒流源電流。為保證該電流的穩(wěn)定性,在恒流源電路的設計中,選用了穩(wěn)壓管(LM-336),高精度低漂移運算放大器(OP-07),晶體三極管(BC157B)。其它電路則選用了四通用單電源運算放大器(LM324)。
    2.1.4 A/D轉(zhuǎn)換器
    A/D轉(zhuǎn)換器選用常用的ADC1005CMOS10位A/D轉(zhuǎn)換器,即可滿足技術要求。該芯片總的非調(diào)整誤差為±1LSB,輸出電平與TTL電平兼容,單電源+5V供電,模擬量輸入范圍為0--5V[4]。
    2.1.5 輸出通道設計
    有三個輸出通道:一個報警電路,二個電機驅(qū)動電路分別控制風門電機的正反轉(zhuǎn)。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力,驅(qū)動電路采用交流固態(tài)繼電器。
    2.1.6 人機通道設計
    (1) 溫度設定電路:溫度檔位設定采用BCD碼撥盤,利用P1口的低4位作為數(shù)值輸入。*作方便;
    (2) 溫度顯示電路:溫度值采用數(shù)碼管顯示。為了不再擴展并行接口,利用串行口的移位寄存器功能,擴展三位靜態(tài)數(shù)碼管顯示接口電路。P1.7作為輸出控制,當P1.7=1時允許串行口輸出數(shù)據(jù)給移位寄存器,否則,顯示內(nèi)容不變。
    (3) 報警電路:利用蜂鳴器報警。
     
    2.2 軟件總體設計
    2.2.1 程序結構設計
    應用程序結構采用循環(huán)方式,電動執(zhí)行器控制由定時器定時啟動或停止。主程序進行系統(tǒng)初始化,包括定時器、I/O和中斷系統(tǒng)的初始化。
    循環(huán)中進行以下*作:撥盤設定值檢測、溫度檢測、標度變換、數(shù)字濾波、溫度顯示和控制,這些*作分別由相應子程序模塊完成。
    2.2.2 程序模塊設計
    下面說明溫度檢測和控制程序的設計。
    (1) 溫度檢測程序
    該程序的功能是連續(xù)7次A/D轉(zhuǎn)換,把轉(zhuǎn)換結果保存在3BH開始的單元中,然后進行數(shù)字濾波,得到中值存于33H單元。A/D轉(zhuǎn)換采用查詢方式。
    (2)、溫度控制程序
    溫度的高低受風門打開的角度控制,因此,該程序的功能是將檢測的溫度實際值與設定值下,上限的比較,控制風門打開的角度。上限設定值(存于3AH)和下限設定值(存于38H) 分別是檔位設定溫度(存于39H)的±0.5℃。每5分鐘檢測判斷控制風門的運行狀態(tài),每次風門動作5S,即打開或關閉5.5°。

    3 實驗結果與結論

    根據(jù)以上所介紹的原理,已經(jīng)設計并做出了溫度測控裝置。用該裝置對烤煙炕房的溫度測量和控制進行了測試,其結果見表1、表2。表中標準溫度是標準水銀溫度計的讀數(shù)。
    

  
    試驗結果表明溫度的測量和控制均能滿足設計要求。
    總之,使用這種補償方法的熱電阻測溫電路,測量精度大大提高,實現(xiàn)了高精度的溫度測量和控制。同時,該裝置在硬件上增加了手動/自動轉(zhuǎn)換功能,軟件上增添了抗干擾措施,使其工作更可靠、穩(wěn)定,使用方便,已被平頂山煙草公司寶豐縣分公司的使用所證明。
    


 

狀 態(tài): 離線

公司簡介
產(chǎn)品目錄
供應信息

公司名稱: 北京昆侖海岸傳感技術有限公司
聯(lián) 系 人: 昆侖海岸銷售部
電  話: 010-82671108
傳  真: 010-62533666
地  址: 北京市海淀區(qū)上地信息路甲28號科實大廈C座8層C區(qū)
郵  編: 100085
主  頁:
 
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