基于AVR單片機(jī)的智能烤煙控制儀

 烤煙是云南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要經(jīng)濟(jì)作物之一，近年來，由于推廣了優(yōu)質(zhì)煙栽培技術(shù)，使烤煙生產(chǎn)有了很大發(fā)展，但煙葉的烘烤仍然是一個薄弱環(huán)節(jié)。為了解決煙葉烘烤技術(shù)難于掌握的問題，設(shè)計(jì)了烤煙智能控制儀，他使難于控制的煙葉烘烤過程變得簡單。本文從軟、硬件方面詳細(xì)介紹智能控制儀的組成和工作原理。

1　煙葉烘烤的基本要求

影響煙葉質(zhì)量的因素有很多方面，除了有標(biāo)準(zhǔn)的烤房之外，煙葉烘烤過程中的溫度、濕度控制十分重要。云南省煙草研究所研究得出優(yōu)質(zhì)煙葉的一般烘烤方法。其溫度時間、濕度時間關(guān)系如圖1和圖2所示。

從圖1和圖2中可以看出，在煙葉烘烤的整個過程中，一定的時刻對應(yīng)一個確定的溫度、濕度值。圖1和圖2中的一定時間的溫度、濕度值在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中被換算制成一個標(biāo)準(zhǔn)的溫度、濕度表，為系統(tǒng)實(shí)時溫度、濕度的比較提供標(biāo)準(zhǔn)。

2　控制儀的組成和工作原理

為了實(shí)現(xiàn)在煙葉烘烤過程中實(shí)時監(jiān)測烤房內(nèi)的溫度和濕度值，保證在整個烘烤過程中有正確的溫度和濕度。該控制儀通過溫度和濕度傳感器實(shí)時讀取烤房內(nèi)的溫度和濕度值，經(jīng)單片機(jī)查表、計(jì)算后，輸出顯示溫度、濕度值和控制信號去改變烤房的加熱、通風(fēng)條件。

2．1　控制儀的電路組成

系統(tǒng)的電路主要有溫度、濕度傳感器電路， AT90S8515單片機(jī)電路，顯示電路和控制電路組成。電路組成如圖3所示。

2．2　控制儀的工作原理

(1)溫度傳感器電路

他的作用是將烤房內(nèi)的溫度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的頻率信號，供單片機(jī)記數(shù)用，電路采用555多諧振蕩器電路，圖3中Rt為高靈敏度(S＝50 mV/°C)的熱敏電阻NTC10SD，RT(25℃)＝10 kΩ。555多諧振蕩器輸出信號的頻率與熱敏電阻Rt的關(guān)系為：

部分溫度電阻-頻率之間的關(guān)系如表1所示。

 (2)濕度傳感器電路

他的作用是將烤房內(nèi)的濕度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的頻率信號，供單片機(jī)記數(shù)用，電路和溫度傳感器電路相似如圖3所示，圖中C為法國Humirel公司的HS1100電容式相對濕度傳感器。他具有長期穩(wěn)定性好、響應(yīng)快等特點(diǎn)。

部分相對濕度-電容頻率之間的關(guān)系如表2所示。

(3)AT90S8515單片機(jī)電路工作原理

AT90S8515單片機(jī)電路是整個系統(tǒng)的核心，主要完成系統(tǒng)的定時，從T1(PB1)口讀取溫度傳感器和濕度傳感器送來的溫度和濕度值，經(jīng)過查表比較運(yùn)算后，從PC口輸出溫度和濕度值，從異步串行口(PD0，PD1)輸出系統(tǒng)工作時間，從PB5，PB6輸出控制信號。其中，AT90S8515是一種高性能，底功耗RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，內(nèi)部帶有8 kB的Flash可編程存儲器，512 B的SRAM和512 B的E2PROM，有可預(yù)分頻的8 b和16 b定時器/記數(shù)器和可編程的看門狗定時器等。

單片機(jī)的定時：他由16 b定時器/記數(shù)器T1來定成， 在主程序中設(shè)置T1為定時狀態(tài)，定時中斷時間為15 s，由于系統(tǒng)時鐘采用4 MHz，所以TCNT1＝6943，TCCR1B＝05，在T1的定時中斷程序中，通過對中斷次數(shù)的計(jì)數(shù)，得出定時時間，R20中存入分鐘位(最大值為 240)，R21中存入小時位(最大值為150)。溫度值和濕度值的讀?。涸趫D3的電路結(jié)構(gòu)中可以看到，他是由單片機(jī)和雙4選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153 構(gòu)成，在軟件控制下，每隔10 min讀取一次溫度、濕度值。單片機(jī)的PB2，PB3口分別接74LS153的輸入選擇端A0，A1。PB2＝0，PB3＝0時，選擇讀取的32是濕度值，PB2＝1，PB3＝0時選擇讀取的是溫度值，在讀溫度、濕度和顯示子程序與T0中斷程序中，通過T0定時規(guī)定讀溫度、濕度的時間各為20 ms，T0的定時初值TCNT0＝178，TCCR0＝05，T1設(shè)計(jì)為計(jì)數(shù)方式初值為0，對溫度和濕度值進(jìn)行BCD碼轉(zhuǎn)換后存入內(nèi)部的SRAM中，與標(biāo)準(zhǔn)表中該時刻對應(yīng)的溫度和濕度值進(jìn)行比較，若比較結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)(溫度±10℃，濕度±3％)，將溫度、濕度值送顯示電路，不送報(bào)警控制信號。若比較結(jié)果在誤差允許范圍外，將溫度、濕度值送顯示電路，同時送報(bào)警控制信號，去改變烤房的加熱和通風(fēng)條件，使烤房的溫度、濕度回到誤差允許范圍內(nèi)。

(4)顯示電路

顯示電路包括兩部分即溫度、濕度顯示部分和定時時間顯示部分。溫度、濕度顯示部分是由單片機(jī)的PC，PB4口和鎖存器74LS373共同完成，當(dāng) PB4＝1時，PC口輸出溫度值(BCD碼)經(jīng)74LS373鎖存后送溫度顯示電路，PB4＝0時，PC口輸出濕度值(BCD碼)送濕度顯示電路。定時時間顯示部分是由單片機(jī)的串行口和移位寄存器74LS164共同完成，串行口輸出的時間值經(jīng)74LS164串入并出后送時間顯示電路。

(5)報(bào)警控制電路

報(bào)警控制電路由PB5，PB6外接電路組成如圖3所示。 當(dāng)溫度、濕度值超過允許誤差時，PB5，PB6輸出控制信號經(jīng)光電耦合、功率放大送繼電器接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)加熱控制和通風(fēng)控制。

3　軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)(不包括鍵盤掃描初值預(yù)置程序)主要由4部分組成，即主程序部分，T1的定時中斷程序部分，讀溫度、濕度和顯示子程序部分和T0中斷程序部分。程序流程圖如圖4～圖7所示。

4　結(jié)語

該控制儀在定時中由于 T1中斷程序，讀溫度、濕度和顯示子程序和T0中斷程序的執(zhí)行，給T1的定時帶來了一些誤差，但由于該系統(tǒng)的定時的精度要求不高(15 s)，可以通過適當(dāng)調(diào)整T1的定時初值達(dá)到精確定時。因此，不會影響系統(tǒng)的正常工作。同時，電路中設(shè)計(jì)了定時初值預(yù)置功能(PB7控制)，他由單片機(jī)的 PA口、4×4鍵盤和鍵盤程序完成，這樣能保證控制儀的穩(wěn)定工作。

參考文獻(xiàn)
［1］何立民．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994．
［2］陳爾紹．傳感器實(shí)用裝置制作集錦［M］．北京：人民郵電出版社，1999．
［3］耿德根．AVR高速嵌入式單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002．
［4］林敏．底成本濕度測量儀自動化儀表．2002，23(11)．
［5］龔永彬．溫濕度控制儀的軟應(yīng)硬件設(shè)計(jì)力源電子工程［J］．2002，(1)．