摘 要：以炕房溫度工藝要求為例，介紹了以單片機(jī)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(guān)鍵詞：熱電阻; 單片機(jī); 煙葉烤房; 溫度測量; 風(fēng)門控制 　　 　　前 言 　　煙葉初烤過程中，烤房內(nèi)溫度的準(zhǔn)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(fēng)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(fēng)門（用于排濕，控制濕球溫度）、火門或鼓風(fēng)機(jī)（控制火爐火勢，間接控制干球溫度）。測量不準(zhǔn)、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(jī)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(shù)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℃; 　?。?）、檔位設(shè)置：為了適應(yīng)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(jī)構(gòu)：風(fēng)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。 　?。?）、自動控制：當(dāng)濕球溫度值超過設(shè)定值0.5℃時，進(jìn)風(fēng)門自動開啟5秒；當(dāng)濕球溫度值在設(shè)定值±0.5℃范圍內(nèi)時，進(jìn)風(fēng)門狀態(tài)保持。當(dāng)濕球溫度值低于設(shè)定值0.5℃時，進(jìn)風(fēng)門自動關(guān)閉5秒； 　　（5）、報警：當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定值1℃時，蜂鳴器報警。 　　2 系統(tǒng)設(shè)計 　　根據(jù)以上具體要求，本系統(tǒng)用單片機(jī)作為控制單元，熱電阻作為傳感器，完成了裝置的設(shè)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(shè)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(shù)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(kuò)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(shù)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(bǔ)償由導(dǎo)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(dǎo)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(guān)，且呈線性關(guān)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(shè)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(shù)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(shè)計 　　有三個輸出通道：一個報警電路，二個電機(jī)驅(qū)動電路分別控制風(fēng)門電機(jī)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(jī)通道設(shè)計 　　（1） 溫度設(shè)定電路：溫度檔位設(shè)定采用BCD碼撥盤，利用P1口的低4位作為數(shù)值輸入。操作方便； 　　（2） 溫度顯示電路：溫度值采用數(shù)碼管顯示。為了不再擴(kuò)展并行接口，利用串行口的移位寄存器功能，擴(kuò)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(dāng)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。 　?。?） 報警電路：利用蜂鳴器報警。 　　2.2 軟件總體設(shè)計 　　2.2.1 程序結(jié)構(gòu)設(shè)計 　　應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jìn)行以下操作：撥盤設(shè)定值檢測、溫度檢測、標(biāo)度變換、數(shù)字濾波、溫度顯示和控制，這些操作分別由相應(yīng)子程序模塊完成。 　　2.2.2 程序模塊設(shè)計 　　下面說明溫度檢測和控制程序的設(shè)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(jié)果保存在3BH開始的單元中，然后進(jìn)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。 　?。?）、溫度控制程序 　　溫度的高低受風(fēng)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(shè)定值下，上限的比較，控制風(fēng)門打開的角度。上限設(shè)定值（存于3AH）和下限設(shè)定值（存于38H） 分別是檔位設(shè)定溫度（存于39H）的±0.5℃。每5分鐘檢測判斷控制風(fēng)門的運行狀態(tài)，每次風(fēng)門動作5S，即打開或關(guān)閉5.5°。 　　3 實驗結(jié)果與結(jié)論 　　根據(jù)以上所介紹的原理，已經(jīng)設(shè)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(jìn)行了測試，其結(jié)果見表1、表2。表中標(biāo)準(zhǔn)溫度是標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計的讀數(shù)。 [align=center] [/align] 　　試驗結(jié)果表明溫度的測量和控制均能滿足設(shè)計要求。 　　總之，使用這種補(bǔ)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。 　　 　　參考文獻(xiàn): 　　[1] 李 挺，朱金剛，趙良煦.熱電阻測溫儀導(dǎo)線電阻補(bǔ)償新方法[J].電子測量技術(shù)，2001，（9）：38-39. 　　[2] 郭亨禮，林友德.傳感器實用電路[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1992.296-299. 　　[3] 馬西秦，許振忠.自動檢測技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.20-28. 　　[4] 徐仁貴，廖哲智.單片微型計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.254-366. 　　 　　作者簡介： 　　高明遠(yuǎn)（1965——），男，河南開封人，開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電氣技術(shù)教研室，工程師，1989年畢業(yè)于燕山大學(xué)電氣自動化專業(yè)，主要從事檢測技術(shù)及調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)研究.