基于at89s52煙葉烘烤控制器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前我國(guó)煙葉烘烤生產(chǎn)使用的多為自然氣流上升式烤房，這種烤房在烘烤過程中的供熱主要依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)，人為調(diào)節(jié)火力來控制烤房的溫度，并由人工監(jiān)測(cè)烤房溫度控制火力或排濕，存在著操作誤差大、反應(yīng)不靈敏、預(yù)期結(jié)果滯后的不足，影響煙葉烘烤的質(zhì)量。而將溫濕度控制系統(tǒng)用于煙葉烘烤，可以解決煙葉烘烤過程存在的不足，有利于提高烘烤工藝水平和煙葉

2、烘烤質(zhì)量。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為核心控制器，配合溫度傳感器（DS18B20）和濕度傳感器(HS1101)，以及相關(guān)的外圍電路組成檢測(cè)系統(tǒng)，將溫度和濕度傳感器得到的測(cè)量信號(hào)送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)軟件分析處理后送顯示裝置，從而實(shí)時(shí)監(jiān)控烤房環(huán)境的溫度和濕度情況。并且當(dāng)烤房?jī)?nèi)的溫度或濕度超出設(shè)定值的范圍時(shí)，能夠自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)對(duì)高溫?zé)岜没蚺艥耧L(fēng)扇進(jìn)行控制，使烤房?jī)?nèi)的溫濕度滿足工

3、藝要求。本設(shè)計(jì)的煙葉烘烤控制器可進(jìn)行單機(jī)控制也可通過CAN總線通信方式進(jìn)行多機(jī)控制，且每隔一定的時(shí)間主機(jī)自動(dòng)對(duì)溫度、濕度等相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。</p><p>　　本設(shè)計(jì)對(duì)于煙葉烘烤時(shí)所需的基本工藝參數(shù)、精度等級(jí)要求都能滿足，能夠根據(jù)工藝的要求對(duì)烤房?jī)?nèi)的溫濕度進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)，并且烘烤的全程都是使用電能對(duì)環(huán)境無污染。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89S52單片機(jī)；溫度傳感器；濕度傳感器；

4、 CAN通信；LCD顯示</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The barn used in most of China’s tobacco curing production are natural flow rose style ones, the heating of this kind of tobacco curing

5、 barn in the baking process mainly depend on the operator's experience, monitoring barn fire or humidity and of temperature control were conducted manually, there are insufficiencies like big operational errors, inse

6、nsitive response, and expected results lag, thus, the quality of tobacco curing was affected. However, when temperature and humidity control system w</p><p>　　For tobacco curing, the design meets the basic t

7、echnical parameters of the required accuracy class requirements, and can also automatically adjust the temperature and humidity of the baking room according to the requirements of the process, the use of electric energy

8、poses none pollution to the environment.</p><p>　　Key words：AT89S52 microcontroller；temperature sensor；humidity sensor；CAN communication；LCD display</p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

9、t;p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 煙葉烘烤控制器設(shè)計(jì)的背景及意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外煙葉烘烤控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)及要求4</p><p>　　1.3.1 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能4</p><

10、;p>　　1.3.2 設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的性能指標(biāo)4</p><p>　　第2章 煙葉烘烤溫濕度控制原理及控制要求5</p><p>　　2.1煙葉烘烤原理5</p><p>　　2.2 煙葉烘烤過程6</p><p>　　2.3 三段式烘烤工藝6</p><p>　　2.4 煙葉烘烤房的結(jié)構(gòu)7</p&

11、gt;<p>　　第3章 系統(tǒng)總體分析與方案設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1系統(tǒng)的功能及組成8</p><p>　　3.1.1 總體方案8</p><p>　　3.1.2實(shí)施措施8</p><p>　　3.2系統(tǒng)方案論證和選擇8</p><p>　　3.2.1 單片機(jī)的選擇9</p&g

12、t;<p>　　3.2.2溫度傳感器的選擇9</p><p>　　3.2.3濕度傳感器的選擇10</p><p>　　3.2.4輸出顯示設(shè)備的選擇11</p><p>　　3.2.5 通信方式的選擇12</p><p>　　3.3系統(tǒng)組成整體結(jié)構(gòu)12</p><p>　　第4章 硬件電路的設(shè)計(jì)

13、14</p><p>　　4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1.1 AT89S52單片機(jī)14</p><p>　　4.1.2時(shí)鐘晶振電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.2實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　4

14、.2.1 DS1302時(shí)鐘芯片16</p><p>　　4.2.2 DS1302接口電路16</p><p>　　4.3溫度檢測(cè)電路17</p><p>　　4.3.1 DS18B20溫度傳感器17</p><p>　　4.3.2 DS18B20外部供電電路18</p><p>　　4.4 濕度檢測(cè)電路19

15、</p><p>　　4.4.1 HS1101濕度傳感器20</p><p>　　4.4.2 NE555時(shí)基電路20</p><p>　　4.4.3 基于NE555振蕩電路的濕度測(cè)量電路20</p><p>　　4.4.4 多路濕度檢測(cè)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)22</p><p>　　4.5通信電路設(shè)計(jì)22</p&g

16、t;<p>　　4.5.1 CAN總線節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.5.2 CAN總線節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換電路24</p><p>　　4.5.3 RS232_CAN總線適配器電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.6 LCD1602液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.7 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)28</p

17、><p>　　4.8 電源電路28</p><p>　　4.9 調(diào)控設(shè)備29</p><p>　　4.9.1 高溫?zé)岜?0</p><p>　　4.9.2 排濕風(fēng)機(jī)31</p><p>　　4.10調(diào)控設(shè)備驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路31</p><p>　　第5章 軟件設(shè)計(jì)33</p>

18、<p>　　5.1 主程序流程圖33</p><p>　　5.2 系統(tǒng)初始化模塊35</p><p>　　5.3溫度檢測(cè)子程序流程圖36</p><p>　　5.4 濕度檢測(cè)子程序流程圖38</p><p>　　5.5 液晶顯示子程序流程圖39</p><p>　　5.6 控制模塊子程序流程圖40

19、</p><p>　　5.7 通信模塊子程序流程圖40</p><p>　　第6章 結(jié) 論42</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)43</b></p><p><b>　　致 謝45</b></p><p><b>　　附 錄Ⅰ46</b>&

20、lt;/p><p><b>　　附 錄Ⅱ48</b></p><p><b>　　附 錄Ⅲ54</b></p><p><b>　　附 錄Ⅳ69</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　煙葉烘烤控制

21、器設(shè)計(jì)的背景及意義</p><p>　　目前，煙草種植生產(chǎn)幾乎遍及世界各地，從北緯60°到南緯45°都有種植。主要生產(chǎn)國(guó)家有：中國(guó)、美國(guó)、印度、巴西、加拿大、日本等。在我國(guó)煙草作為一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。僅云南全省已有72個(gè)縣種植烤煙，面積2萬余公頃，產(chǎn)量高達(dá)7500噸。煙草的種植生產(chǎn)極大地帶動(dòng)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展，改善了當(dāng)?shù)責(zé)熮r(nóng)的生活水平，煙草的種植生產(chǎn)已經(jīng)成為煙農(nóng)生產(chǎn)生

22、活中不可缺少的一部分。</p><p>　　煙農(nóng)獲得的利益與烤煙的質(zhì)量有直接關(guān)系，而烤煙的質(zhì)量與烘烤技術(shù)密切相關(guān)。近年來，隨著我國(guó)煙葉生產(chǎn)水平的提高，煙葉烘烤過程成為制約煙葉質(zhì)量的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的人工長(zhǎng)期監(jiān)守、使用煤炭或燃油加熱，利用干濕球玻璃溫度計(jì)采集數(shù)據(jù)的方式，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作規(guī)程復(fù)雜，烘烤時(shí)間，溫度和濕度的控制都需要根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)常出現(xiàn)將烤房?jī)?nèi)的煙烤焦、烤硬的現(xiàn)象，對(duì)煙農(nóng)造成很大的利益損失。<

23、/p><p>　　所以完善煙葉烘烤技術(shù)，對(duì)提高煙葉質(zhì)量，提高煙農(nóng)利益，帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展有著迫切的重要性。</p><p>　　近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及對(duì)煙草質(zhì)量和煙草生產(chǎn)效益的要求和目標(biāo)的不斷提高，市場(chǎng)對(duì)煙草烘烤設(shè)備有了如下要求： </p><p>　　1、煙草烘烤的質(zhì)量好，等級(jí)高，能夠創(chuàng)造更多直接的經(jīng)濟(jì)價(jià)值； </p><p>　　

24、2、烤房的結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，便于建造、管理、維護(hù)； </p><p>　　3、烤房的運(yùn)行智能化、簡(jiǎn)單化，方便操作，并確保所烘干的煙草質(zhì)量穩(wěn)定、統(tǒng)一，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的要求； </p><p>　　4、烤房設(shè)備既能滿足單個(gè)煙農(nóng)的需求，也能滿足煙草規(guī)?；?、集中化生產(chǎn)的要求； </p><p>　　5、煙草烘烤的過程綠色環(huán)保，無廢水、廢氣、廢渣產(chǎn)生；烘烤過程中能耗低，運(yùn)行成本低

25、，性價(jià)比高； </p><p>　　6、大幅度降低勞動(dòng)強(qiáng)度； </p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)的煙草烘烤生產(chǎn)之所以一直沿用烘烤質(zhì)量得不到保證的普通烤房，其原因在于：一方面，市場(chǎng)上缺乏創(chuàng)新型的煙草烘烤設(shè)備出現(xiàn)；另一方面，國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備、配套設(shè)施的購置成本和烘烤、維修費(fèi)用超出其經(jīng)濟(jì)承受能力；另外，國(guó)家和地方缺乏政策引導(dǎo)和經(jīng)濟(jì)扶持，鼓勵(lì)煙草生產(chǎn)企業(yè)和個(gè)人淘汰舊設(shè)備，大力發(fā)展新設(shè)備。</

26、p><p>　　因此，高溫?zé)岜脽煵莺婵鞠到y(tǒng)的成功運(yùn)用，既滿足現(xiàn)實(shí)社會(huì)對(duì)于設(shè)備綠色環(huán)保、節(jié)能減排的要求，也符合煙農(nóng)提高烤煙質(zhì)量，增加直接經(jīng)濟(jì)收益的心理預(yù)期，同時(shí)，能夠在煙草烘烤的過程中做到智能化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，大大降低勞動(dòng)力投入和勞動(dòng)強(qiáng)度。所以，價(jià)高溫?zé)岜眯蜏貪穸茸钥睾婵驹O(shè)備必然會(huì)成為消費(fèi)者的選擇熱點(diǎn)，市場(chǎng)需求量巨大。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外煙葉烘烤控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀</p><

27、;p>　　在世界范圍內(nèi)，煙葉烘烤房是生產(chǎn)烤煙必不可少的基本設(shè)備，煙葉烘烤房建設(shè)的基本要求是滿足煙葉烘烤工藝需要，最大限度地顯露和發(fā)揮煙葉在田間形成的質(zhì)量潛勢(shì)。同時(shí)，煙葉烘烤設(shè)備也必然受制于烤煙生產(chǎn)的組織形式、自然經(jīng)濟(jì)狀況和科學(xué)技術(shù)水平。我國(guó)自有烤煙種植近100來年，煙葉烘烤房設(shè)備由低級(jí)到高級(jí)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐漸形成了與我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)技術(shù)狀況相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式。目前，隨著煙葉質(zhì)量的不斷提高和烤煙生產(chǎn)組織形式的變革，我國(guó)烤房設(shè)備也在不斷創(chuàng)

28、新和發(fā)展，普通標(biāo)準(zhǔn)化煙葉烘烤房全面推廣應(yīng)用，智能型煙葉烘烤房已成為烤煙生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展新形勢(shì)下的發(fā)展方向。</p><p>　　目前,煙草生產(chǎn)幾乎遍及世界各地,從北緯60°到南緯45°都有種植。主要生產(chǎn)國(guó)家有:中國(guó)、美國(guó)、印度、巴西、加拿大、日本等。20世紀(jì)50年代中期，美國(guó)和日本開始研究密集烘烤設(shè)備，其基本特點(diǎn)是強(qiáng)制通風(fēng)、熱風(fēng)循環(huán)和烘烤過程自動(dòng)控制?；緦傩允侨萘看?，裝煙密度大，操作簡(jiǎn)便，省工

29、。一座密集烤房一般可承擔(dān)煙葉面積30~70畝，裝煙密度是普通烤房的4倍以上。在60年代初逐步用于烤煙生產(chǎn)，到70年代已經(jīng)在加拿大、美國(guó)、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家全面推廣。而現(xiàn)在，一些國(guó)外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)將高智能型煙葉烘烤技術(shù)向社會(huì)推廣。</p><p>　　我國(guó)于20世紀(jì)60~70年代研制了燒煤的密集烤房，并在生產(chǎn)中進(jìn)行了一定范圍的示范。但是，由于當(dāng)時(shí)農(nóng)村生產(chǎn)組織形式的變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件限制，這種密集烤房沒有能夠得到推

30、廣，而且絕大多數(shù)被廢棄掉，僅吉林省保留了適宜于烤煙15畝左右的密集烤房。</p><p>　　80 年代中后期到 90 年代初，隨著我國(guó)的改革開放和中外合作，全面推 行烤煙“三化”生產(chǎn)，煙葉種植水平和煙葉素質(zhì)逐年提高，為有效地解決了煙葉蒸片、糟片和掛灰等問題，關(guān)于烤房的設(shè)備和烘烤工藝的研究很活躍。一是適應(yīng)于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)體制改革和生產(chǎn)組織形式的變化需要，研究并推廣了容量 150 竿左右的小型烤房， 適合種煙 3~5 畝

31、的需要。二是對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)改造，以確?？痉客L(fēng)排濕順暢。增大地洞和天窗面積，改冷風(fēng)洞為各種形式的熱風(fēng)洞，改“老虎大張嘴”式的天窗為高天窗，后來又發(fā)展為通脊長(zhǎng)天窗。</p><p>　　烘烤工藝方面，各地相繼研究提出了五段式、七段式和六段式的“雙低”烘烤工藝等。每種烘烤工藝都將煙葉烘烤全過程劃分為變黃期、定色期、干筋期，對(duì)各時(shí)期都規(guī)定有明確的溫濕度指標(biāo)，但是，由于烘烤過程段落劃分多而細(xì)，尤其是對(duì)煙葉變化劃分層次多而模糊

32、、不定量，沒有簡(jiǎn)單明確的關(guān)鍵點(diǎn)，技術(shù)復(fù)雜、不容易掌握。所以，事實(shí)上仍然停留在憑經(jīng)驗(yàn)看煙、憑感覺燒火的低水平上。</p><p>　　20世紀(jì)90年代，全國(guó)烤煙生產(chǎn)水平快速提高，中外烤煙生產(chǎn)技術(shù)交流與合作更加廣泛深入，各地有相當(dāng)一部分煙田的長(zhǎng)勢(shì)、長(zhǎng)相被公認(rèn)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。為了改善煙葉烘烤設(shè)備和進(jìn)一步提高烘烤后煙葉質(zhì)量水平，云南、福建、河南、山東等省借鑒吸收國(guó)外煙葉烘烤設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)，相繼購置引進(jìn)了燒柴油、煤

33、燃鍋爐供熱、燒煤直接供熱等形式的密集烤房200余座，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，能有效地減少或避免烤青煙、掛灰煙和花片煙，橘色煙比例、煙葉顏色、色度及內(nèi)在品質(zhì)都有所提高。但是，其購置投入很高，同時(shí)，各地引進(jìn)購置的密集烤房，不少性能不穩(wěn)定，烤煙效果不盡令人滿意。據(jù)調(diào)查，目前這種烤房90%左右處于閑置狀態(tài)。</p><p>　　近年來，隨著我國(guó)煙葉生產(chǎn)水平的提高，煙葉烘烤過程成為制約煙葉質(zhì)量的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的人工長(zhǎng)期監(jiān)守、利用干濕球

34、玻璃溫度計(jì)采集數(shù)據(jù)的方式，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作規(guī)程復(fù)雜，而且與現(xiàn)代化的烘烤房設(shè)施不相適應(yīng)。因此設(shè)計(jì)、推廣專業(yè)的煙葉烘烤控制器是滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的必行之路，目前，我國(guó)提出并在全國(guó)全面推廣煙葉烘烤三段式烘烤工藝，全國(guó)各地的普通烤房的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)改造，以普通烤房為基礎(chǔ)，借鑒密集烤房熱風(fēng)循環(huán)、強(qiáng)制通風(fēng)的技術(shù)特點(diǎn)，增添風(fēng)機(jī)和空氣循環(huán)管道，實(shí)現(xiàn)部分熱風(fēng)的循環(huán)。特別是隨著烤煙生產(chǎn)規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化、專業(yè)化的發(fā)展，應(yīng)建造適度規(guī)模的密集煙葉烘烤房。其主

35、要集中了三大優(yōu)勢(shì)：一是烤房容量增大，烘烤效率大大提高，造價(jià)低廉、省工效果顯著、操作方便；二是烤后煙葉質(zhì)量明顯提高，煙葉顏色更鮮亮，而且有效減少了掛灰煙、花片煙比例，煙葉香氣明顯增強(qiáng)；三是有利于實(shí)現(xiàn)專業(yè)化的烘烤，對(duì)環(huán)境污染小。另外，我國(guó)煙葉烘烤控制器烘烤房的發(fā)展逐漸走向成熟，在煙葉產(chǎn)區(qū)具有很大的市場(chǎng)潛力。在設(shè)計(jì)、安裝過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題,各種不同的用戶需求,要求有適合各種設(shè)計(jì)方案的智能控制器,要準(zhǔn)確地控制烘烤房?jī)?nèi)的溫濕度變化，從而提高煙

36、葉的質(zhì)量，隨著</p><p>　　本設(shè)計(jì)達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)及要求</p><p><b>　　系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能</b></p><p>　　煙葉烘烤控制器的設(shè)計(jì)可完成在對(duì)煙葉烘烤時(shí)，對(duì)煙葉烘烤房?jī)?nèi)溫度和濕度進(jìn)行精確采集，完成對(duì)煙葉烘烤一種精確的控制溫度、濕度和烘烤時(shí)間的智能煙葉烘烤溫濕度控制儀，實(shí)現(xiàn)溫濕度的自動(dòng)檢查，并完成溫度、濕度的分段控制。&

37、lt;/p><p>　　主機(jī)根據(jù)煙葉烘烤過程中對(duì)溫度控制的要求，以烤房?jī)?nèi)部所測(cè)的溫度作為測(cè)量值與給定溫度值進(jìn)行比較，若測(cè)量值低與給定值則發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)升溫；若測(cè)量值高于與給定值則驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止升溫；保證烤房?jī)?nèi)溫度在設(shè)定值范圍內(nèi)。同理，當(dāng)測(cè)量的濕度值不在給定濕度值范圍時(shí)，則控制信號(hào)控制排濕設(shè)施的啟停，使其滿足工藝要求；并且當(dāng)烘烤房?jī)?nèi)溫濕度異常時(shí)能夠進(jìn)行報(bào)警。煙葉烘烤對(duì)溫濕度的要求十分嚴(yán)格，需要對(duì)溫濕

38、度的信息進(jìn)行記錄，所以本設(shè)計(jì)要選擇合適的通信方式對(duì)溫濕度及對(duì)應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)記錄，且能夠單機(jī)或多機(jī)通信。</p><p>　　設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的性能指標(biāo)</p><p>　　(1) 溫度檢測(cè)范圍：-10~75℃，測(cè)溫精度：±0.5℃；</p><p>　　(2) 濕度檢測(cè)范圍：20~90％RH，測(cè)濕精度：±3.0％RH；</p><

39、p>　　(3) 實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)參數(shù)；</p><p>　　(4) 能夠溫度越限報(bào)警；</p><p>　　(5) 能夠濕度越限報(bào)警。</p><p>　　第2章 煙葉烘烤溫濕度控制原理及控制要求</p><p><b>　　2.1煙葉烘烤原理</b></p><p>　　烤煙烘烤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)范圍

40、內(nèi)的加工，即將鮮煙葉采摘下來后，立即按規(guī)定要求，裝入烤房，再按規(guī)定的工藝程序進(jìn)行加熱，使煙葉變黃、脫水干燥。</p><p>　　煙葉的烘烤的原理：煙葉在烘烤過程中，從綠色逐漸變成了黃色，從水分含量較大的鮮煙葉變成了干煙葉，這其中經(jīng)歷了一系列的生理生化變化。煙葉干燥的過程是煙葉水分蒸發(fā)和散失的物理過程，煙葉的失水速度取決于煙葉內(nèi)部與外部熱空氣之間的水勢(shì)之差。水勢(shì)差值越大，越容易失去水分；水勢(shì)差值越小，越不容易失去

41、水分。煙葉內(nèi)部親水膠體多（煙農(nóng)常稱“口緊”），其水勢(shì)較低，在同等溫度條件下，要失去水分就比較困難；相反，如果煙葉內(nèi)部親水膠體少（煙農(nóng)常稱“口松”），水勢(shì)則較高，就比較容易失去水分。在煙葉烘烤過程中，32～68℃之間，煙葉內(nèi)親水膠體的數(shù)量與煙葉失水量成反比，溫度與煙葉失水量成正比；熱空氣中的水勢(shì)與溫度成正比。如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 煙葉烘烤過程中失水原理圖</p><p&

42、gt;　　煙葉烘烤過程中，水分的變化對(duì)煙葉變黃、定色及烘烤質(zhì)量影響極大，只有當(dāng)失水和變黃、定色相協(xié)調(diào)時(shí)，烘烤質(zhì)量才有保障。水分是鮮煙葉品質(zhì)在烘烤過程中進(jìn)一步改進(jìn)和完善的必備的內(nèi)因條件之一。烘烤前期、中期，沒有水分的參與，煙葉不可能變黃、變香；烘烤中期、后期，沒有水分的參與煙葉不可能變褐、變黑、變爛。適時(shí)調(diào)節(jié)煙葉水分，是烤好煙葉的關(guān)鍵性因素。</p><p>　　煙葉烘烤的實(shí)質(zhì)，通過人工控制的創(chuàng)造和應(yīng)用適宜的溫濕度

43、條件，控制和促進(jìn)煙葉中所含酶類的活動(dòng)，鞏固和發(fā)展田間煙葉成熟時(shí)所積累的優(yōu)良質(zhì)量和產(chǎn)量性狀，促使煙葉的外觀色澤，物理性狀和內(nèi)在化學(xué)成分向著有利提高質(zhì)量、產(chǎn)量的方向發(fā)展，同時(shí)排除水分，實(shí)現(xiàn)干制?？痉渴莿?chuàng)造和應(yīng)用適宜的溫濕度條件的主要場(chǎng)所。固定或呈現(xiàn)田間鮮煙葉的產(chǎn)質(zhì)量，獲得人們所需要的外觀特征和內(nèi)在品質(zhì)。</p><p>　　煙葉在烘烤過程中，發(fā)生著兩個(gè)方面鮮明的變化。一是內(nèi)在品質(zhì)的改進(jìn)提高和單葉重的適當(dāng)減輕。二是外觀

44、色澤由綠變黃與葉片的卷縮干燥。煙葉變黃是有機(jī)物質(zhì)分解與轉(zhuǎn)化在外部的反映，其中也包括干物質(zhì)損失。變黃速度就是有機(jī)物質(zhì)分解與轉(zhuǎn)化的速度，是一個(gè)酶促過程。干燥速度則代表著葉內(nèi)水分蒸發(fā)的喪失快慢，是一個(gè)物理過程。烘烤就是應(yīng)用適宜的溫濕度條件，合理控制這兩個(gè)方面變化過程的速度，使之相互配合，以促進(jìn)外部色澤和內(nèi)部化學(xué)成分向著人們所要求的改善品質(zhì)的方向發(fā)展。可以看出，酶促和干燥兩個(gè)過程都有水分蒸發(fā)的共同點(diǎn)，當(dāng)煙葉內(nèi)有機(jī)物質(zhì)在酶促作用下進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化時(shí)，

45、水分蒸發(fā)也在進(jìn)行，水分由多到適量減少，給酶促反應(yīng)創(chuàng)造了適宜的環(huán)境條件。當(dāng)煙葉外觀色澤由綠變黃時(shí)，表明酶促過程已經(jīng)基本完成，就要加速水分蒸發(fā)，及時(shí)減弱或終止酶的活性，使煙葉內(nèi)含物質(zhì)變化速度逐漸降低，把黃色固定下來。這兩個(gè)過程是密切相關(guān)，相輔相成的，只有促控結(jié)合，使酶促速度與干燥速度恰當(dāng)配合，才能保證將煙葉烤好。</p><p>　　2.2 煙葉烘烤過程</p><p>　　三段式煙葉烘烤過程

46、的第一階段為變黃期，第二階段為定色期，第三階段為干筋期。各階段中對(duì)烤房的溫度要求如圖1第一階段?？痉繌沫h(huán)境溫度開始以每小時(shí)1℃的速率升溫；當(dāng)溫度升至36～38℃時(shí)轉(zhuǎn)為恒溫，直至80%左右數(shù)量的煙葉達(dá)到變黃要求；第二階段緩慢升溫定色，前半段溫度每小時(shí)上升0.5℃，升至42℃時(shí)恒溫，后半段溫度每小時(shí)上升0.5℃，升至47～48℃時(shí)恒溫；第三階段繼續(xù)升溫烘干，前半段溫度每小時(shí)上升1℃，升至54℃時(shí)恒溫，后半段溫度每小時(shí)上升1℃，升至65℃時(shí)恒

47、溫，直至煙葉烘烤全部符合要求。上述三個(gè)階段中的恒溫時(shí)間視煙葉的質(zhì)量和各烘烤階段煙葉變化程度由人工干預(yù)設(shè)定。</p><p>　　2.3 三段式烘烤工藝</p><p><b>　　1、變黃期 </b></p><p>　　煙葉裝滿烘烤房后，封嚴(yán)天窗，加熱后，以每小時(shí)升溫0.5℃的速度將烤房溫度提升到34～38℃（西南和南方煙區(qū)34～35℃，東北

48、煙區(qū)35～36℃，黃淮煙區(qū)36～38℃），直到底棚煙葉變到葉片基本全黃，僅余葉基部微帶青色，主脈青白色，葉片充分發(fā)軟。</p><p>　　圖2.2 煙葉三段式烘烤工藝溫度曲線</p><p><b>　　2、定色期</b></p><p>　　隨著溫度與濕度的增大，要逐漸開大排濕風(fēng)扇，不斷加大排濕量，使房?jī)?nèi)溫度以平均2～3小時(shí)升溫1℃的速度提

49、高到54～55℃，在煙葉達(dá)到勾尖卷邊至小卷筒之前（一般47℃左右），升溫速度宜慢（3～4小時(shí)升溫1℃），使煙筋充分變黃，此后升溫速度可加快到1～2小時(shí)升溫1℃。在煙葉沒有達(dá)到黃片青筋小卷筒之前，環(huán)境溫度不得超過50℃，即使54～55℃時(shí)煙葉已經(jīng)達(dá)到大卷筒，也要在此溫度下維持6～12小時(shí)。當(dāng)煙葉變化達(dá)到要求后，在54℃穩(wěn)定，12小時(shí)左右，保證全炕葉片定色干燥，促進(jìn)煙葉烤香。</p><p><b>　　3

50、、干筋期</b></p><p>　　以每小時(shí)升溫1℃的速度使烤房?jī)?nèi)溫度提高到67～69℃，其間要逐漸關(guān)小排濕風(fēng)扇（以利于提高溫度和節(jié)能）。穩(wěn)定此溫濕度條件，直到煙葉完全干筋。準(zhǔn)確停溫，防止掉溫和升溫過高，造成濕筋，煙葉烤紅等意外。</p><p>　　2.4 煙葉烘烤房的結(jié)構(gòu)</p><p>　　本論文設(shè)計(jì)的煙葉烘烤控制器適用的烤煙房為10*3*4m，

51、其中裝煙室為8*3*4m，加熱室為2*3*4m，烤煙房應(yīng)留有排濕口，觀察窗等，加熱源采用1臺(tái)高溫?zé)岜靡詿犸L(fēng)上循環(huán)方式供熱，排濕采用1臺(tái)普通風(fēng)扇進(jìn)行排濕，并且能夠手動(dòng)啟動(dòng)排濕風(fēng)扇。裝煙室三層掛煙，底層高1.5m，可實(shí)現(xiàn)裝煙350~400桿，即完成烤煙8~10畝。</p><p>　　在裝煙室中下部和中上部的八個(gè)位置，用傳感器測(cè)定其溫度；在裝煙室中部的兩個(gè)位置安裝濕度傳感器，檢測(cè)濕度。</p><

52、p>　　第3章 系統(tǒng)總體分析與方案設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1系統(tǒng)的功能及組成</p><p>　　3.1.1 總體方案</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)功能要求，系統(tǒng)可分如下部分：</p><p>　　(1) 溫度模塊：對(duì)煙葉烘烤房?jī)?nèi)溫度進(jìn)行測(cè)量，并通過升溫或降溫達(dá)到相應(yīng)工藝階段的最佳溫度。</p><p>　

53、　(2) 濕度模塊：對(duì)煙葉烘烤房?jī)?nèi)濕度進(jìn)行測(cè)量，并通過去濕達(dá)到相應(yīng)工藝時(shí)的最佳濕度。</p><p>　　(3) 報(bào)警模塊：當(dāng)溫度、濕度越限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。</p><p>　　(4) 顯示模塊：對(duì)煙葉烤房?jī)?nèi)溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。</p><p>　　(5) 排濕模塊：煙葉烘烤房?jī)?nèi)濕度大于烘烤工藝時(shí)，排除濕度</p><p><b>

54、　　3.1.2實(shí)施措施</b></p><p>　　(1) 實(shí)際環(huán)境溫度與給定界限比較，執(zhí)行加熱/制冷措施。</p><p>　　(2) 實(shí)際環(huán)境濕度與給定界限比較，執(zhí)行去濕措施。</p><p>　　(3) 越限報(bào)警：當(dāng)溫濕度越限時(shí)聲音報(bào)警。</p><p>　　(4) 鍵盤與顯示：負(fù)責(zé)用戶的輸入及相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示。</p&

55、gt;<p>　　(5) 烤房?jī)?nèi)濕度過大時(shí)，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，使其對(duì)室內(nèi)空氣的排出，降低濕度。</p><p>　　3.2系統(tǒng)方案論證和選擇</p><p>　　當(dāng)將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)總要有被測(cè)信號(hào)通過輸入通道，由單片機(jī)拾取必要的輸入信息。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測(cè)信號(hào)是其核心任務(wù)；而對(duì)測(cè)控系統(tǒng)來講，除對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的信號(hào)測(cè)試外，還要將測(cè)試數(shù)據(jù)與控制條件對(duì)比并實(shí)時(shí)控

56、制相應(yīng)執(zhí)行設(shè)備。</p><p>　　傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)，是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對(duì)原始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將無法實(shí)現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測(cè)和控制生產(chǎn)過程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。</p><p>　　3.2.1 單片機(jī)的選擇</p&

57、gt;<p>　　在多數(shù)電子設(shè)計(jì)當(dāng)中，基于性價(jià)比的考慮，8位單片機(jī)仍是首選。目前，8位單片機(jī)在國(guó)內(nèi)外仍占有重要地位。在8位單片機(jī)中又以MCS－51系列單片機(jī)及其兼容機(jī)所占的份額最大。MCS－51的硬件結(jié)構(gòu)決定了其指令系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生變化，設(shè)計(jì)人員可以很容易的對(duì)不同公司的單片機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行選型，他們只需將重點(diǎn)放在芯片內(nèi)部資源的比較上。</p><p>　　方案一：采用AT89C51芯片作為硬件核心，采用Fla

58、sh ROM，內(nèi)部具有4KB ROM存儲(chǔ)空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù), 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。</p><p>　　方案二：采用AT89S52片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底壓工作；同時(shí)也與MCS-51系列單片機(jī)完全

59、該芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為8KB ROM 存儲(chǔ)空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞。</p><p>　　方案三：STC89C52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳

60、完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　方案一芯片修改程序是需要插拔芯片，容易損壞。方案二和方案三使用差別不大，但方案三需要專有下載線，方案二使用串口下載即可。因此選擇方案二。</p><p>　　3.2

61、.2溫度傳感器的選擇</p><p>　　方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫兀件?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量。</p><p>　　鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用十工業(yè)檢測(cè)中高精密測(cè)溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁

62、場(chǎng)影響大，在還原介質(zhì)中易被站污變脆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫范圍-200~650℃ ，百度電阻比WC (100) =1.3850時(shí)，R0為100Ω和10Ω，其允許的測(cè)量誤差A(yù)級(jí)為，B級(jí)為(0. 30℃+0.005|t|)。</p><p>　　銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)格低，也易于提純和加工;但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50~+180℃測(cè)溫。</p><p>　　方

63、案二：采用模擬集成溫度傳感器AD590，它的測(cè)溫范圍在-55℃~+150℃之間，而且精度高。M檔在測(cè)溫范圍內(nèi)非線性誤差為0.3℃。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。使用可靠。它只需直流電源就能工作，而且無需進(jìn)行線性校正，所以使用也非常方便，接口也很簡(jiǎn)單。作為電流輸出型傳感器和電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。AD590的測(cè)量信號(hào)可遠(yuǎn)傳百余米。</p><p>　　方

64、案三：采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。DS18B20是Dallas半導(dǎo)體公司研制的一款數(shù)字化溫度傳感器，支持“一線總線”接口，即只通過一根信號(hào)線完成數(shù)據(jù)、地址和控制信息的傳輸。該器件只有3個(gè)引腳（即電源VDD、地線GND、數(shù)據(jù)線DQ），且不需要外部元件，內(nèi)部有64位光刻ROM，64位器件序列號(hào)出廠前就被光刻于ROM中，可作為器件地址序列碼，便于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線

65、總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。該電路的檢測(cè)溫度范圍為-55~125℃；精度為0.5℃（在-10℃~85℃范圍）；可以分別在93.75 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字溫度值讀入。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求：使用掛接在單總線上的多個(gè)單線數(shù)字溫度傳感器為檢測(cè)元件，且考慮到硬件設(shè)計(jì)的性價(jià)比。故采用方案三

66、。</p><p>　　3.2.3濕度傳感器的選擇</p><p>　　測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測(cè)量的。</p><p>　　方案一：采用HOS-20

67、1濕敏傳感器。HOS-201濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流1V以下，頻率為50Hz~1KHz，測(cè)量濕度范圍為0~100%RH，工作溫度范圍為0~50℃，阻抗在75%RH（25℃）時(shí)為1M。這種傳感器原是用于開關(guān)的傳感器，不能在寬頻帶范圍內(nèi)檢測(cè)濕度，因此，主要用于判斷規(guī)定值以上或以下的濕度電平。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。</p><p>　　方案

68、二：采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適用于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。相對(duì)濕度在1%~100%RH范圍內(nèi)；電容量由16pF

69、變到200pF，其誤差不大于±3%RH；響應(yīng)時(shí)間小于5S；溫度系數(shù)為0. 04 pF/℃?？梢娋仁禽^高的。</p><p>　　方案三：采用數(shù)字濕度傳感器（如SHT11等）。數(shù)字濕度傳感器將傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、I2C總線接口全部集成于一個(gè)芯片中。應(yīng)用該方案不需外接A/D轉(zhuǎn)換芯片，可以大大簡(jiǎn)化硬件電路，并能提高電路的可靠性。</p><p>　　綜合比較三個(gè)方案，方

70、案一雖然滿足精度及測(cè)量濕度范圍的要求，但其只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)才具有良好的線性，而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度-40℃~+60℃的要求；方案二，雖然不是數(shù)字式傳感器，與單片機(jī)的接口不需要外接A/D轉(zhuǎn)換器件，但其性能較優(yōu)，使用簡(jiǎn)單，只要合理選擇轉(zhuǎn)換電路等也可以有較高的性價(jià)比。</p><p>　　本系統(tǒng)中，選擇方案二（HS1101）來作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。</p><p>　　3.2.

71、4輸出顯示設(shè)備的選擇</p><p>　　電子設(shè)計(jì)中常用的輸出顯示設(shè)備有兩種：數(shù)碼管和LCD。</p><p>　　方案一：數(shù)碼管是現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)中使用相當(dāng)普遍的一種顯示設(shè)備，每個(gè)數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管按照一定的排列結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)七個(gè)發(fā)光二極管的正負(fù)極連接不同，又分為共陰極數(shù)碼管和共陽極數(shù)碼管兩種，選擇的數(shù)碼管不同，程序設(shè)計(jì)上也有一定的差別。數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容比較直觀，通常顯示從0到F中的

72、任意一個(gè)數(shù)字，一個(gè)數(shù)碼管可以顯示一位，多個(gè)數(shù)碼管就可以顯示多位，在顯示位數(shù)比較少的電路中，程序編寫，外圍電路設(shè)計(jì)都十分簡(jiǎn)單，但是當(dāng)要顯示的位數(shù)相對(duì)多的時(shí)候，數(shù)碼管操作起來十分煩瑣，顯示的速度受到限制。并且當(dāng)硬件電路設(shè)計(jì)好之后，系統(tǒng)顯示能力基本也被確定，系統(tǒng)顯示能力的擴(kuò)展受到了限制。</p><p>　　方案二：而液晶顯示屏具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)自己的需求，顯示自己所需要的、甚至是自己

73、動(dòng)手設(shè)計(jì)的圖案。當(dāng)需要顯示的數(shù)據(jù)比較復(fù)雜的時(shí)候，它的優(yōu)點(diǎn)就突現(xiàn)出來了，并且當(dāng)硬件設(shè)計(jì)完成時(shí)，可以通過軟件的修改來不斷擴(kuò)展系統(tǒng)顯示能力。外圍驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，顯示能力的擴(kuò)展將不會(huì)涉及到硬件電路的修改，可擴(kuò)展性很強(qiáng)。字符型液晶顯示屏已經(jīng)成為了單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件之一。不足之處在于其價(jià)格比較昂貴，驅(qū)動(dòng)程序編寫比較復(fù)雜。</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要顯示溫度值和濕度值，還可顯示設(shè)置溫濕度數(shù)值報(bào)警數(shù)值

74、的上下限，顯示數(shù)字較多，因此選用方案二液晶顯示屏做輸出設(shè)備。</p><p>　　3.2.5 通信方式的選擇</p><p>　　方案一：RS232接口是目前最常用的一種串行通信接口，當(dāng)前幾乎每臺(tái)計(jì)算機(jī)和終端設(shè)備都配備了RS232接口，可直接與計(jì)算機(jī)連接，不需外接電路，并且PC與單片機(jī)的連接只采用了RS232的3根線，電路簡(jiǎn)單，在15m的距離內(nèi)能夠進(jìn)行設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸，完成通信功能。<

75、;/p><p>　　方案二：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在測(cè)控系統(tǒng)中也越來越多地被采用，由于兩者的總線結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議及傳輸特點(diǎn)各不相同，因而給不同設(shè)備之間的連接帶來諸多不便。因此，以最簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)CAN節(jié)點(diǎn)與RS232串行口的通信就成為工程實(shí)踐中一個(gè)不可回避的問題。RS232_CAN總線通信是在RS232的基礎(chǔ)上結(jié)合CAN總線的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)成的新型通信方式。</p><p>

76、;　　綜上可知，根據(jù)RS232的通信標(biāo)準(zhǔn)，其最高傳輸速率為20kb/s時(shí)，最遠(yuǎn)傳輸距離為15m，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在發(fā)展對(duì)速度及距離提出的要求，且在實(shí)際應(yīng)用中存在許多不足，總線效率低、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性差、通信的可靠性低、網(wǎng)絡(luò)工程調(diào)試復(fù)雜；而RS232_CAN總線方式，最高傳輸速率為1Mb/s時(shí)，最遠(yuǎn)傳輸距離為5Km，最多可掛接100個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以選擇方案二作為通信方式。</p><p>　　3.3系統(tǒng)組成整體結(jié)構(gòu)<

77、/p><p>　　圖3.1 RS232_CAN總線通信總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)的單機(jī)煙葉烘烤控制系統(tǒng)硬件包括：溫度檢測(cè)模塊、濕度檢測(cè)模塊、通信模塊、顯示模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)及附屬電路、高溫?zé)岜媒涌凇L(fēng)扇接口等部分。通過RS232_CAN總線通信方式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多機(jī)的控制。煙葉烘烤控制系統(tǒng)多機(jī)通信的整體框圖如圖3.1所示，煙葉烘烤控制系統(tǒng)單機(jī)整體電路框圖如圖3.2所示。</p&

78、gt;<p>　　圖3.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　第4章 硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件元器件的選擇，必須考慮到功能的實(shí)現(xiàn)、器件的適時(shí)性、價(jià)格和通用性等幾個(gè)方面。在電路的設(shè)計(jì)中，在實(shí)現(xiàn)所要求功能的基礎(chǔ)上，盡量使電路簡(jiǎn)單。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的對(duì)象是針對(duì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，是對(duì)溫度和濕度的檢測(cè)，其系統(tǒng)構(gòu)圖如圖3.2所示。系統(tǒng)中

79、主要用到：AT89S52單片機(jī)與晶振時(shí)鐘電路；溫度傳感器DS18B20；濕度檢測(cè)傳感器HS1101；通信電路；鍵盤、LCD顯示與聲光報(bào)警電路等。</p><p>　　4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 AT89S52單片機(jī)</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，使用AT

80、MEL公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許ROM在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使其為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活的解決方案。</p><p><b>　　其主要特性為：</b></p><p>　　(1) 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；</p&g

81、t;<p>　　(2) 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；</p><p>　　(3) 1000次擦寫周期；</p><p>　　(4) 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz；</p><p>　　(5) 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；</p><p>　　(6) 32個(gè)可編程I/O口線；</p><p>　　(7)

82、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；</p><p>　　(8) 八個(gè)中斷源；</p><p>　　(9) 全雙工UART串行通道；</p><p>　　(10) 低功耗空閑和掉電模式；</p><p>　　(11) 掉電后中斷可喚醒；</p><p>　　(12) 看門狗定時(shí)器；</p><p>　　(

83、13) 雙數(shù)據(jù)指針； 圖4.1 AT89S52芯片</p><p>　　(14) 掉電標(biāo)識(shí)符。 </p><p>　　4.1.2時(shí)鐘晶振電路設(shè)計(jì)</p><p>　　內(nèi)部時(shí)鐘模式是采用單片機(jī)內(nèi)部振蕩器來工作的模式。51系列單片機(jī)內(nèi)部包含有一個(gè)高增益的單級(jí)反相放大器，引

84、腳XTAL1和XTAL2分別為片內(nèi)放大器的輸入端口和輸出端口,其工作頻率為0~33MHz。</p><p>　　當(dāng)單片機(jī)工作于內(nèi)部時(shí)鐘模式的時(shí)候，只需在XTAL1引腳和XTAL2引腳連接一個(gè)晶體振蕩器或陶瓷振蕩器，并聯(lián)兩個(gè)電容后接地即可，如圖4.2所示。使用時(shí)對(duì)于電容的選擇有一定得要求，具體如下：</p><p>　　A 當(dāng)外接晶體振蕩器的時(shí)候，電容值一般選擇C1=C2=30±1

85、0pF；</p><p>　　B 當(dāng)外接陶瓷振蕩器的時(shí)候，電容值一般選擇C1=C2=40±10pF。</p><p>　　在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，盡量保證外接的振蕩器和電容盡可能接近單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳，這樣可以減少寄生電容的影響，使振蕩器能夠穩(wěn)定可靠地為單片機(jī)CPU提供時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　圖4.2 晶振電路

86、 圖4.3 復(fù)位電路</p><p>　　4.1.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)復(fù)位的原理是在時(shí)鐘電路開始工作后，在單片機(jī)的RST引腳施加24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（即兩個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在復(fù)位期間，單片機(jī)的ALE引腳和\P\S\E\N引腳均輸出高電平。當(dāng)RST引腳從高電平跳變?yōu)榈碗娖胶螅瑔纹瑱C(jī)便從0000H單元開始執(zhí)行程序。<

87、/p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用既可以手動(dòng)復(fù)位，又可以上電復(fù)位的電路，這種可以人工復(fù)位單片機(jī)系統(tǒng)電路如圖4.3所示。上電復(fù)位電路部分的原理也是RC電路的充放電效應(yīng)。除了系統(tǒng)上電的時(shí)候可以給RST引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)外，當(dāng)按下按鍵開關(guān)的時(shí)候，VCC通過一個(gè)電阻R1連接到RST引腳，給RST一個(gè)高電平，按鍵松開的時(shí)候，RST引腳恢復(fù)為低電平，復(fù)位完成。</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)的

88、擴(kuò)展是以基本最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位電路，其電路圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　4.2實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 DS1302時(shí)鐘芯片</p><p>　　為記錄測(cè)量的時(shí)間，需要實(shí)時(shí)時(shí)鐘。本系統(tǒng)采用DS1302芯片。DS1302是美國(guó)DA

89、LLAS公司生產(chǎn)的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘舊歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。可實(shí)時(shí)的對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及閏年進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。內(nèi)部有31個(gè)字節(jié)的高速RAM，可通過外部可充電電池加電長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，并能慢速為電池充電。通過簡(jiǎn)單的SPI3線串行方式接口，能在2.5~5.5V電源線可靠工作，在2.5V時(shí)耗電小于300nA。在主電源關(guān)閉的情況下，能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302經(jīng)過一個(gè)簡(jiǎn)單的串行口與微機(jī)通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒

90、、分、時(shí)、日、星期、月和年等信息。對(duì)于一個(gè)月小與31天的月時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。</p><p>　　4.2.2 DS1302接口電路</p><p>　　DS1302與單片機(jī)的接口電路如圖4.5所示。</p><p>　　DS1302與單片機(jī)的連接僅需要3條線：RST引腳、SCLK串行時(shí)鐘引腳、I/O串行數(shù)據(jù)引腳，將其分別與單片機(jī)的P2.3、P 3.

91、0、P 3.1相連，系統(tǒng)工作前，向RST腳輸入高電平進(jìn)行初始化，工作時(shí)該腳處于低電平狀態(tài)；SCLK串行時(shí)鐘引腳，在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7；I/O串行數(shù)據(jù)引腳，數(shù)據(jù)可以每次以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的多字節(jié)形式傳送至?xí)r鐘RAM或從其中送出；VCC1為備用電

92、源，VCC2為主電源，外接32.768MHz晶振，為芯片提供計(jì)時(shí)脈沖。此外，本設(shè)計(jì)采用3.6V的可充電鋰電池作為備用電源，工作的時(shí)候由VCC2向備用電源涓流充電。當(dāng)VCC2>VCC1+0.2V時(shí)，由VCC2向DS1302供電，當(dāng)VCC2< VCC1時(shí)，由VC1向DS1302供電。充電寄存器控制著DS1302的涓流充電特性。寄存器的位4~7決定是否具備充電性能，僅在1010編碼的條件下才具備充電性能，其他編碼組合都不允許充電。

93、</p><p>　　圖4.5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路</p><p><b>　　4.3溫度檢測(cè)電路</b></p><p>　　4.3.1 DS18B20溫度傳感器</p><p>　　美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD

94、）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。目前DS18B20批量采購價(jià)格僅10元左右。</p><p>　　在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)

95、漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號(hào)較強(qiáng)，模擬溫度信號(hào)容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。</p><p>　　1、DS18B

96、20溫度傳感器的特性</p><p>　　（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)</p><p>　　據(jù)線供電。（2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線</p><p>　　即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上

97、，</p><p>　　實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。（4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集</p><p>　　成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。</p><p>　?。?）溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃。</p><p>　　（6）可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫

98、度分別為0.5℃、0.25℃、</p><p>　　0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。（7）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)</p><p>　　最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。（8）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，</p><p>　　同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極

99、強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。（9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工</p><p><b>　　作。</b></p><p>　　2、DS18B20外形及引腳</p><p>　　圖4.6 DS18B20電路圖 圖4.7 DS18B20實(shí)物圖</p><p>

100、;　　溫度傳感器DS18B20的電路圖與實(shí)物圖如圖4.6、4.7所示。其GND引腳為接地信號(hào)；DQ引腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出通道；VDD為外接供電電源輸入端，可選擇使用。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。</p><p>　　4.3.2 DS18B20外部供電電路</p><p>　　DS18B20具有寄生電源供電與外部供電兩種方式。在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號(hào)線上汲取能量。

101、在信號(hào)線DQ處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部電容里，在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。但要想使DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，而在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量時(shí)寄生電源汲取不到足夠的能量，誤差較大。因此本論文采用外部供電方式。</p><p>　　在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，

102、不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85℃。DS18B20多點(diǎn)檢測(cè)外部電源供電電路如圖4.8所示。外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。DS18B20溫度傳感器在與單片機(jī)

103、的接口電路中，傳感器的共用接口DQ與單片機(jī)AT89S52的P2.7口連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的采集。</p><p>　　圖4.8 DS18B20多點(diǎn)檢測(cè)外部電源供電電路</p><p>　　4.4 濕度檢測(cè)電路</p><p>　　測(cè)量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。

104、電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化進(jìn)行濕度測(cè)量的。</p><p>　　4.4.1 HS1101濕度傳感器</p><p>　　濕度傳感器HS1101是HUMIREL公司生產(chǎn)的變?nèi)菔较鄬?duì)濕度傳感器，采用獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，這些相對(duì)濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公室自動(dòng)化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。HS1

105、101濕度傳感器采用專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，具有響應(yīng)時(shí)間快、高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性特點(diǎn)，不需要校準(zhǔn)的完全互換性。HS1101濕度傳感器在相對(duì)濕度為0%~100%RH的范圍內(nèi)，電容的容量由160pF變化到200pF，其誤差不大于±2%RH，響應(yīng)時(shí)間小于5s，溫度系數(shù)為0.04pF/℃。</p><p>　　HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。涉及如

106、何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)時(shí)，常用兩種方法：一是將HS1101置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；另一種是將HS1101置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集。</p><p>　　4.4.2 NE555時(shí)基電路</p><p>　　NE555是一個(gè)能產(chǎn)生精

107、確定時(shí)脈沖的高穩(wěn)度控制器，其輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200mA。在多諧振蕩器工作方式時(shí)，其輸出的脈沖占空比由兩個(gè)外接電阻和一個(gè)外接電容確定；在單穩(wěn)態(tài)工作方式時(shí)，其延時(shí)時(shí)間由一個(gè)外接電阻和一個(gè)外接電容確定，它可以延時(shí)數(shù)微秒到數(shù)小時(shí)。其工作電壓范圍為：4.5V﹤VCC﹤16V。NE555的框圖如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 NE555框圖</p><p>　　4.4.3 基于NE555

108、振蕩電路的濕度測(cè)量電路</p><p>　　頻率輸出的NE555測(cè)量振蕩電路如圖4.10所示。NE555電路功能的簡(jiǎn)單概括為：當(dāng)6端和2端同時(shí)輸入為“1”時(shí)，3端輸出為“0”；當(dāng)6端和2端同時(shí)輸入為“0”時(shí)，3端輸出為“1”。在此電路中，555定時(shí)器正是根據(jù)這一功能用作多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出頻率信號(hào)的。</p><p>　　集成定時(shí)器555芯片外接電阻R11，R12與濕敏電容C，構(gòu)成了對(duì)C的充電