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(guān)鍵詞：熱電阻; 單片機; 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（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(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℃; (2)、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。 (4)、自動控制：當濕球溫度值超過設(shè)定值0.5℃時，進風(fēng)門自動開啟5秒；當濕球溫度值在設(shè)定值±0.5℃范圍內(nèi)時，進風(fēng)門狀態(tài)保持。當濕球溫度值低于設(shè)定值0.5℃時，進風(fēng)門自動關(guān)閉5秒； (5)、報警：當溫度高于或低于設(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，二個電機驅(qū)動電路分別控制風(fēng)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(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(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)中進行以下操作：撥盤設(shè)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(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行了測試，其結(jié)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(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: [1] 李 挺，朱金剛，趙良煦.熱電阻測溫儀導(dǎo)線電阻補償新方法[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?？茖W(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：機械工業(yè)出版社，2001.20-28. [4] 徐仁貴，廖哲智.單片微型計算機應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.254-366. 作者簡介： 高明遠（1965--），男，河南開封人，開封大學(xué)機電工程學(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。 Email：gmykf@163.com