论文部分内容阅读
摘 要 以实验室中使用的粮食低温干燥空气温度为控制对象，研究系统的组成及各部分的功能，采用集成温度传感器进行温度信号变换与读取，通过单片机实现对电加热器的控制。并将系统温度控制在10℃～90℃范围内，以进行粮食低温干燥曲线的研究。
关键词 粮食 低温干燥 温度控制 系统
中图分类号： TP311 文献标识码：A
正常的粮食都含有适量的水分，并且水分含量通常保持在一定范围之内，才能维持粮食生命，并保持其固有良种品质及食用品质。但由于受到收获早晚、成熟度及气候条件的影响，粮食收获时水分含量均大于正常加工、储藏、运输时所需的水分，尤其在收获时节遇到梅雨天气更是如此，从而造成霉烂变质。测量干燥温度是粮食烘干的前道工序，粮食烘干机根据粮食水分含量情况，通过控制粮食在烘干机内的停留时间及其干燥温度来控制粮食烘干质最，而粮食烘干机是一个大时滞、多扰动的强非线性系统，在研究与应用粮食水分在线测定仪的基础上，实验室研制出一种粮食烘干空气温度控制系统，它以实验室中使用的粮食低温干燥空气温度为控制对象，以51系列单片机为核心，采用集成温度传感器的信号读取、变换，实现对烘干室热空气温度的实时测量，并与用户设置数据比较，以控制电加热器运行状态，使之成为真正的粮食烘干技术过程研究的设备。
1系统组成及其功能分析
系统利用电加热的方法加热烘干室空气，进而实现对粮食进行低温干燥。系统主要由单片机、测温电路、键盘输入，显示接El、驱动电路及其他辅助电路等部分组成。
由于谷物储藏安全含水率为14%左右，而谷物收获时的含水率一般在16%～25%，阴雨天会更高一些。根据中小籽粒谷物品质要求。其低温干燥热风最高温度一般均小于55℃，且不同种类的谷物最高受热温度也不同。因此，能在9%～20%含水率范围内、干燥温度在l0℃～50℃范围内进行较精确的测量，并将被干燥谷物的含水率控制在12%～15%之间，即可满足要求。因此，将干燥空气温度控制在l0℃～90℃范围内，控温精度达+1℃即可满足功能要求。
该系统采用AT89S51单片机为中央处理器，利用高精度数字温度传感器，研究温度采集、测量及单片机的单总线通信等，将采集的温度转换成3位LED七段译码显示的温度值。通过设计出的控制电路，对烘干空气温度进行有效控制。使之在人工预设加热温度值后，能准确地将有滞后的空气温度控制在设定区域的+l℃范围内。系统进入运行状态后，当热空气的温度高于设定上限温度时，停止加温；当热空气的温度低于设定下限温度时，启动加温，循环往复。若发生设置中断，则对空气温度的上下限进行重新设置，随后进入运行状态。从而使系统能方便地实现智能化、高精度，具有高的可靠性。
2系统软件设计
软件的设计要简洁、合理，要充分应用软件的设计思想，合理设计而成的软件，应满足软件的健壮性、数据的安全性、算法合理性和可移植性等各种要求。根据系统功能要求，系统采用了简单闭环控制形式，即将温度反馈值（实测值）送人单片机，由单片机将实测值与温度设定值（即输入控制量）相比较，从而使控制电路得到一个开关输出控制量，输出控制量决定是否对电炉通电加热。
设计中将堆栈指针初始化在片内RAM的高端70H处。由于20H-2FH这16个字节具有位寻址功能，用来存放各种软件标志、逻辑变量、位输入信息、位输出信息副本、状态变量、逻辑运算的中间结果等。
在软件设计中，通常有2种思路，其一是自上而下，逐步细化；其二是自下而上，先设计出每一个具体的模块（子程序），最后组成一个系统。本文采用2种方法相结合进行软件设计。主程序采用自上而下的方法，按照功能分成若干个相对独立的较小的程序模块，然后采用自下而上的方法，形成设计主程序的框架。在此框架下，依次设计出初始化程序段、写入所需的各功能子程序调用，同时写出注释以便调度、修改和移植等。以便在子程序设计好后，将其加到总体程序中进行调试、修改直至成功。
子程序与中断服务程序的设计即为自下而上法，根据问题的定义，描述出各功能模块的输入变量存放地址（入口条件）和各个输出变量的存放地址（出口条件），然后确定算法，绘制程序框图。在温度采集子程序设计中，由于AT89S51单片机硬件并不支持单总线协议。因此。必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序，完成对DSl8820芯片的访问。该协议定义了几种信号的时序，即初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收，数据和命令的传输都是低位在先。对于DSl8820的读时序是从主机把单总线拉低之后，在l之内就得释放单总线，以让DSl8820把数据传输到单总线上。DSl8820在完成一个读时序过程，至少需要60脚才能完成。
对于DSl8820写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60，保证DSl8820在15脚到45之间能够正确地采样总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15/as之内就得释放单总线。本文采用12位转换模式，转化后得到的12位数据，存储在DSl8820的2个字节RAM中，该数据为实测温度的补码。二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0。这5位为l，测到的数值需要取反加1再乘以0.062 5即可得到实际温度。通过以上分析，可以设计出温度采集子程序及數据处理子程序。
参考文献
[1] 李长友.班华粮食干燥自适应控制系统[J].2007.
[2] 梅形.实用电工技能训练[M].北京：人民邮电出版社，2006.
[3] 陈汝全.实用微机与单片机控制技术[M].成都：电子科技大学出版社，1994.
关键词 粮食 低温干燥 温度控制 系统
中图分类号： TP311 文献标识码：A
正常的粮食都含有适量的水分，并且水分含量通常保持在一定范围之内，才能维持粮食生命，并保持其固有良种品质及食用品质。但由于受到收获早晚、成熟度及气候条件的影响，粮食收获时水分含量均大于正常加工、储藏、运输时所需的水分，尤其在收获时节遇到梅雨天气更是如此，从而造成霉烂变质。测量干燥温度是粮食烘干的前道工序，粮食烘干机根据粮食水分含量情况，通过控制粮食在烘干机内的停留时间及其干燥温度来控制粮食烘干质最，而粮食烘干机是一个大时滞、多扰动的强非线性系统，在研究与应用粮食水分在线测定仪的基础上，实验室研制出一种粮食烘干空气温度控制系统，它以实验室中使用的粮食低温干燥空气温度为控制对象，以51系列单片机为核心，采用集成温度传感器的信号读取、变换，实现对烘干室热空气温度的实时测量，并与用户设置数据比较，以控制电加热器运行状态，使之成为真正的粮食烘干技术过程研究的设备。
1系统组成及其功能分析
系统利用电加热的方法加热烘干室空气，进而实现对粮食进行低温干燥。系统主要由单片机、测温电路、键盘输入，显示接El、驱动电路及其他辅助电路等部分组成。
由于谷物储藏安全含水率为14%左右，而谷物收获时的含水率一般在16%～25%，阴雨天会更高一些。根据中小籽粒谷物品质要求。其低温干燥热风最高温度一般均小于55℃，且不同种类的谷物最高受热温度也不同。因此，能在9%～20%含水率范围内、干燥温度在l0℃～50℃范围内进行较精确的测量，并将被干燥谷物的含水率控制在12%～15%之间，即可满足要求。因此，将干燥空气温度控制在l0℃～90℃范围内，控温精度达+1℃即可满足功能要求。
该系统采用AT89S51单片机为中央处理器，利用高精度数字温度传感器，研究温度采集、测量及单片机的单总线通信等，将采集的温度转换成3位LED七段译码显示的温度值。通过设计出的控制电路，对烘干空气温度进行有效控制。使之在人工预设加热温度值后，能准确地将有滞后的空气温度控制在设定区域的+l℃范围内。系统进入运行状态后，当热空气的温度高于设定上限温度时，停止加温；当热空气的温度低于设定下限温度时，启动加温，循环往复。若发生设置中断，则对空气温度的上下限进行重新设置，随后进入运行状态。从而使系统能方便地实现智能化、高精度，具有高的可靠性。
2系统软件设计
软件的设计要简洁、合理，要充分应用软件的设计思想，合理设计而成的软件，应满足软件的健壮性、数据的安全性、算法合理性和可移植性等各种要求。根据系统功能要求，系统采用了简单闭环控制形式，即将温度反馈值（实测值）送人单片机，由单片机将实测值与温度设定值（即输入控制量）相比较，从而使控制电路得到一个开关输出控制量，输出控制量决定是否对电炉通电加热。
设计中将堆栈指针初始化在片内RAM的高端70H处。由于20H-2FH这16个字节具有位寻址功能，用来存放各种软件标志、逻辑变量、位输入信息、位输出信息副本、状态变量、逻辑运算的中间结果等。
在软件设计中，通常有2种思路，其一是自上而下，逐步细化；其二是自下而上，先设计出每一个具体的模块（子程序），最后组成一个系统。本文采用2种方法相结合进行软件设计。主程序采用自上而下的方法，按照功能分成若干个相对独立的较小的程序模块，然后采用自下而上的方法，形成设计主程序的框架。在此框架下，依次设计出初始化程序段、写入所需的各功能子程序调用，同时写出注释以便调度、修改和移植等。以便在子程序设计好后，将其加到总体程序中进行调试、修改直至成功。
子程序与中断服务程序的设计即为自下而上法，根据问题的定义，描述出各功能模块的输入变量存放地址（入口条件）和各个输出变量的存放地址（出口条件），然后确定算法，绘制程序框图。在温度采集子程序设计中，由于AT89S51单片机硬件并不支持单总线协议。因此。必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序，完成对DSl8820芯片的访问。该协议定义了几种信号的时序，即初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收，数据和命令的传输都是低位在先。对于DSl8820的读时序是从主机把单总线拉低之后，在l之内就得释放单总线，以让DSl8820把数据传输到单总线上。DSl8820在完成一个读时序过程，至少需要60脚才能完成。
对于DSl8820写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60，保证DSl8820在15脚到45之间能够正确地采样总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15/as之内就得释放单总线。本文采用12位转换模式，转化后得到的12位数据，存储在DSl8820的2个字节RAM中，该数据为实测温度的补码。二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0。这5位为l，测到的数值需要取反加1再乘以0.062 5即可得到实际温度。通过以上分析，可以设计出温度采集子程序及數据处理子程序。
参考文献
[1] 李长友.班华粮食干燥自适应控制系统[J].2007.
[2] 梅形.实用电工技能训练[M].北京：人民邮电出版社，2006.
[3] 陈汝全.实用微机与单片机控制技术[M].成都：电子科技大学出版社，1994.