基于单片机的密集型烤烟房温度自动控制系统

届别2010届学号200614240153毕业设计基于单片机的密集型烤烟房温度自动控制系统设计姓名成政华系别物理与电子信息工程系专业电气工程及其自动化导师姓名、职称李杨副教授完成时间2010-4-10目录摘要.................................................................ⅠAbstract................................................................Ⅱ1绪论...................................................................11.1研究背景.............................................................11.2国内烤烟系统研究现状.................................................11.3烟叶三段式烘烤工艺简介...............................................11.4本系统设计目的及意义.................................................21.5设计完成的主要工作...................................................32基于单片机的密集型烤烟房温控系统硬件设计...............................32.1密集型烤烟房的结构及器件的作用........................................32.1.1密集型烤烟房的结构.................................................32.1.2密集型烤烟房器件的作用.............................................32.2密集型烤烟房风门改造.................................................42.3密集型烤烟房温控系统.................................................52.3.1密集型烤烟房温控系统硬件组成.......................................52.3.2液晶、蜂鸣器和继电器外设...........................................52.3.3STC89C52RC型号单片机简介..........................................63基于单片机的密集型烤烟房温控系统软件设计...............................73.1系统软件总体结构.....................................................73.2单片机相关功能模块...................................................83.2.1液晶功能模块.......................................................83.2.2温度显示模块.......................................................83.2.3继电器控制外设模块.................................................93.3单片机温度自动控制系统程序..........................................104设计的实物模型功用和展望..............................................224.1功用................................................................224.2设计展望............................................................23参考文献................................................................24致谢..................................................................25I摘要由于县级密集型烤烟房的室温普遍采用人工控制，使得烘烤后的烟叶质量不稳定。针对此现状，设计了基于STC89C52RC型号单片机为核心的密集型烤烟房温度自动控制系统，并且利用继电器对风门进行了改造，同时用C语言编写了一个温控程序，经调试、运行，达到了自动控制烤烟房温度的目的。关键词：密集型烤烟房；单片机；自动控制；继电器；C语言IIABSTRACTGenerally,thecountyintensivetobaccoroastroom’stemperatureismanualcontrol,thatcausethequalityoftobaccowhichafterroastedisunstable.Pointatthisproblem,wedesignthisautomaticcontrolsystemofintensivetobaccoroastroomtemperaturebasedonSTC89C52RCsinglechipmicrocomputer,andmakeuseofrelaysredevelopthethrottle,atthesametime,programacodeoftemperaturecontrolbasedonClanguage,throughthedebuggingandrunningmydesigncanachievethegoalwhichcontrolsthetobaccotemperatureautomatically.Keywords:IntensiveTobaccoRoastRoom;SingleChipMicrocomputer;automaticcontrol;Relays;Clanguage11绪论1.1研究背景目前烟草行业在世界各国的国民经济中占用非常重要的地位，其税收是各国政府财政收入的重要来源之一[1]。烟叶三段式烘烤技术是国外先进的烤烟生产技术。该项技术自20世纪80年代中期传入我国，经过多年的试验示范，消化吸收，改进提高，现已成为烟叶生产中大面积推广应用的一项技术。在推广烟叶三段式烘烤工艺工程中，由于几十个小时的烘烤过程完全由人工监控，所以烟农劳动强度很大，且烤房的温湿度控制不精确，使成烟中的优质率不够高。烟农迫切希望能改变烤烟房，一方面减轻烤烟的劳动强度，另一方面提高烟叶质量，从而提高收入。1.2国内烤烟系统研究现状目前国内对烟叶烘烤大部分还是人工操作控制温度，智能化的设备和先进的技术在烟农中得不到广泛的推广和应用。烟农大部分是出生于五、六十年代的人，他们的文化素质整体不高，对应用新设备，采纳新技术的愿望不强烈；目前市场上的智能设备与实际相脱离，表现在以下三个方面：一是烟农难以接受如此昂贵的智能设备；二是设备的维护和保管是一个头痛的问题；三是农村电力常常不稳定，频繁的停电而使智能设备瘫痪，导致烟农损失惨重。权衡利弊，烟农宁愿选择原始的人工控温，也不愿使用智能设备。桂阳县作为全国第二大产烟区，全县约有十多万户烟农从事烟叶种植。烟叶质量是影响烟农收入的主要原因之一，烟种的优良化和烘烤的科学化导致烟叶分成不同等级，相互之间价格相差很大。传统的烘烤方法是在烤烟房悬挂一个温度计和一个湿度计。烟农凭借经验，频繁调节鼓风机的开关、风门和天窗的开度的方式，来控制烤烟房的温湿度。这种烘烤方式不仅加大了烟农的劳动强度，而且使得烤烟房的温湿度难以调控。烟农迫切希望改善烤烟房，既可以减轻劳动强度，又可以提高烟叶质量，从而增加收入。1.3烟叶三段式烘烤工艺简介[2]三段式烟叶烘烤工艺分为三个工序，工序1为变黄期，工序2为定色期，工序3为烘干期，各工序对烤房的温度要求如图1。2工序1为变黄期：烤房从室温开始，以每小时1℃的速率升温，当温度升至36℃～38℃时转为恒温，直至80%左右数量的烟叶达到变黄的要求。工序2为定色期：缓慢升温定色，前半段温度每小时上升0.5℃，升至42℃时为恒温，后半阶段温度每小时上升0.5℃，升至47℃～48℃时为恒温；工序3为烘干期：继续升温烘干，前半段温度每小时上升1℃，升至54℃时为恒温，后半段温度每小时上升1℃，升至65℃时为恒温，直至烟叶烘烤全部符合要求。图1烟叶三段式烘烤工艺温度曲线上述三个工序中的恒温时间视烟叶的烘烤质量和烘烤阶段烟叶变化程度由人工设定。整个烘烤时间，下部烟四、五天，中部烟五、六天，上部烟六、七天。1.4本系统设计目的及意义目前，烟叶生产方式已由传统的土坑向大型烤房方向发展。桂阳烟区已广泛推广烟叶烘烤的“三段式烘烤工艺”，并且大多数坑房已加装热风循环装置。但是，干湿度、温度测量仍是传统的玻璃管温度计（火表），风门或火门的控制仍采用人工被动控制。这种测量方法和控制方式已经成为制约烟叶烘烤质量提高的瓶颈问题。本设计基于温度工艺要求，设计了以单片机为核心的温度控制装置，能实现对烤烟房的温度检测和实时控制，而且该设计不需要大规模改造原来的密集型烤烟房，结构简单，性能可靠。如遇停电，烟农可轻松开启烟道闸板和风门，人工控温，不会因停电而影响烟叶烘烤质量。针对烟农不愿采用智能设备的现象，本人阅读了大量的有关烟叶烘烤方面的文献，结合自己所学知识和多年从事烟叶种植经验,本人设计出一种基于单片机控制烤烟房温度的系统装置。该系统装置能达到减轻烟农的劳动强度，实现自动实时检测与控制烤烟房温度的目的，且费用低廉，可产生良好的经济效益和社会效益。31.5设计完成的主要工作针对上述现状，本设计希望对烤烟房温控系统作较为深入的研究，尤其在单片机温控程序设计和烤烟房风门改造方面作一定的探索。结合农村自然经济的特点，设计基于单片机的烤烟房温控系统，为烟叶烘烤方面提供有益的参考价值。2基于单片机的密集型烤烟房温控系统硬件设计2.1密集型烤烟房的结构及器件的作用2.1.1密集型烤烟房的结构密集型烤烟房的空间结构如图2所示。图2密集型烤烟房空间结构及器件分布图2.1.2密集型烤烟房器件的作用图2的密集型烤烟房，前门和天窗用于调节烤房内的温湿度。烤炉在地下有个坑，呈锅形状，利于煤在里面燃烧，外面有个烤炉门，用于人工控制火力的大小，关的严实火力就小，反之火力就大。该门能间接调节烤烟房的温度，三相风机转动，迫使烤炉与挡热墙之间的加热气流，经烤烟房顶部，不断地被吹到主室悬挂烟叶的空间，使房内均匀升温。外面的空气从天窗和前门进入，从风门排出，形成循环对流，烟叶就不断处在加热和排出水分的烘烤流程中。后门面积大，如果温度超高，就人工打开，使室内温度急剧下降，同时也是生烟和干烟的通道。4风门有四个，每边两个，其材料是叶片似的铝制薄片。烤炉加热，使烤烟房的温度升高；风机转动产生的风引起烤烟房内的空气对流，使房内各个部分受热均匀。同时产生的风有相当一部分从风门流失，使得房内的空气处于循环流动，从而实现了温度的有效控制。2.2密集型烤烟房风门改造借助于房内的空气对流作用让风门无序的开合达到控制烤烟房的温度是目前烟区普遍采用的烘烤工艺。而目前风机的转速只有两挡，故风门依靠空气的对流实现关合是满足不了测控的需要，烤烟房的温度控制达不到预期的值，一方面需要关风门的时候却打开了，大量的热量就浪费掉了，另一方面需要开风门的时候却关闭，使房内的温度急剧上升，影响烟叶烘烤的质量，不符合资源节约型的发展模式。在桂阳烟区，烟农凭借经验来控制火候，但