摘 要 以實(shí)驗(yàn)室中使用的糧食低溫干燥空氣溫度為控制對象，研究系統(tǒng)的組成及各部分的功能，采用集成溫度傳感器進(jìn)行溫度信號(hào)變換與讀取，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對電加熱器的控制。并將系統(tǒng)溫度控制在10℃～90℃范圍內(nèi)，以進(jìn)行糧食低溫干燥曲線的研究。

關(guān)鍵詞 糧食 低溫干燥 溫度控制 系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

正常的糧食都含有適量的水分，并且水分含量通常保持在一定范圍之內(nèi)，才能維持糧食生命，并保持其固有良種品質(zhì)及食用品質(zhì)。但由于受到收獲早晚、成熟度及氣候條件的影響，糧食收獲時(shí)水分含量均大于正常加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸時(shí)所需的水分，尤其在收獲時(shí)節(jié)遇到梅雨天氣更是如此，從而造成霉?fàn)€變質(zhì)。測量干燥溫度是糧食烘干的前道工序，糧食烘干機(jī)根據(jù)糧食水分含量情況，通過控制糧食在烘干機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間及其干燥溫度來控制糧食烘干質(zhì)最，而糧食烘干機(jī)是一個(gè)大時(shí)滯、多擾動(dòng)的強(qiáng)非線性系統(tǒng)，在研究與應(yīng)用糧食水分在線測定儀的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室研制出一種糧食烘干空氣溫度控制系統(tǒng)，它以實(shí)驗(yàn)室中使用的糧食低溫干燥空氣溫度為控制對象，以51系列單片機(jī)為核心，采用集成溫度傳感器的信號(hào)讀取、變換，實(shí)現(xiàn)對烘干室熱空氣溫度的實(shí)時(shí)測量，并與用戶設(shè)置數(shù)據(jù)比較，以控制電加熱器運(yùn)行狀態(tài)，使之成為真正的糧食烘干技術(shù)過程研究的設(shè)備。

1系統(tǒng)組成及其功能分析

系統(tǒng)利用電加熱的方法加熱烘干室空氣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對糧食進(jìn)行低溫干燥。系統(tǒng)主要由單片機(jī)、測溫電路、鍵盤輸入，顯示接El、驅(qū)動(dòng)電路及其他輔助電路等部分組成。

由于谷物儲(chǔ)藏安全含水率為14%左右，而谷物收獲時(shí)的含水率一般在16%～25%，陰雨天會(huì)更高一些。根據(jù)中小籽粒谷物品質(zhì)要求。其低溫干燥熱風(fēng)最高溫度一般均小于55℃，且不同種類的谷物最高受熱溫度也不同。因此，能在9%～20%含水率范圍內(nèi)、干燥溫度在l0℃～50℃范圍內(nèi)進(jìn)行較精確的測量，并將被干燥谷物的含水率控制在12%～15%之間，即可滿足要求。因此，將干燥空氣溫度控制在l0℃～90℃范圍內(nèi)，控溫精度達(dá)+1℃即可滿足功能要求。

該系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)為中央處理器，利用高精度數(shù)字溫度傳感器，研究溫度采集、測量及單片機(jī)的單總線通信等，將采集的溫度轉(zhuǎn)換成3位LED七段譯碼顯示的溫度值。通過設(shè)計(jì)出的控制電路，對烘干空氣溫度進(jìn)行有效控制。使之在人工預(yù)設(shè)加熱溫度值后，能準(zhǔn)確地將有滯后的空氣溫度控制在設(shè)定區(qū)域的+l℃范圍內(nèi)。系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，當(dāng)熱空氣的溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，停止加溫；當(dāng)熱空氣的溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，啟動(dòng)加溫，循環(huán)往復(fù)。若發(fā)生設(shè)置中斷，則對空氣溫度的上下限進(jìn)行重新設(shè)置，隨后進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。從而使系統(tǒng)能方便地實(shí)現(xiàn)智能化、高精度，具有高的可靠性。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)要簡潔、合理，要充分應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)思想，合理設(shè)計(jì)而成的軟件，應(yīng)滿足軟件的健壯性、數(shù)據(jù)的安全性、算法合理性和可移植性等各種要求。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)采用了簡單閉環(huán)控制形式，即將溫度反饋值（實(shí)測值）送人單片機(jī)，由單片機(jī)將實(shí)測值與溫度設(shè)定值（即輸入控制量）相比較，從而使控制電路得到一個(gè)開關(guān)輸出控制量，輸出控制量決定是否對電爐通電加熱。

設(shè)計(jì)中將堆棧指針初始化在片內(nèi)RAM的高端70H處。由于20H-2FH這16個(gè)字節(jié)具有位尋址功能，用來存放各種軟件標(biāo)志、邏輯變量、位輸入信息、位輸出信息副本、狀態(tài)變量、邏輯運(yùn)算的中間結(jié)果等。

在軟件設(shè)計(jì)中，通常有2種思路，其一是自上而下，逐步細(xì)化；其二是自下而上，先設(shè)計(jì)出每一個(gè)具體的模塊（子程序），最后組成一個(gè)系統(tǒng)。本文采用2種方法相結(jié)合進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。主程序采用自上而下的方法，按照功能分成若干個(gè)相對獨(dú)立的較小的程序模塊，然后采用自下而上的方法，形成設(shè)計(jì)主程序的框架。在此框架下，依次設(shè)計(jì)出初始化程序段、寫入所需的各功能子程序調(diào)用，同時(shí)寫出注釋以便調(diào)度、修改和移植等。以便在子程序設(shè)計(jì)好后，將其加到總體程序中進(jìn)行調(diào)試、修改直至成功。

子程序與中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)即為自下而上法，根據(jù)問題的定義，描述出各功能模塊的輸入變量存放地址（入口條件）和各個(gè)輸出變量的存放地址（出口條件），然后確定算法，繪制程序框圖。在溫度采集子程序設(shè)計(jì)中，由于AT89S51單片機(jī)硬件并不支持單總線協(xié)議。因此。必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序，完成對DSl8820芯片的訪問。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序，即初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。對于DSl8820的讀時(shí)序是從主機(jī)把單總線拉低之后，在l之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DSl8820把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DSl8820在完成一個(gè)讀時(shí)序過程，至少需要60腳才能完成。

對于DSl8820寫0時(shí)序和寫1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60，保證DSl8820在15腳到45之間能夠正確地采樣總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15/as之內(nèi)就得釋放單總線。本文采用12位轉(zhuǎn)換模式，轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DSl8820的2個(gè)字節(jié)RAM中，該數(shù)據(jù)為實(shí)測溫度的補(bǔ)碼。二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0。這5位為l，測到的數(shù)值需要取反加1再乘以0.062 5即可得到實(shí)際溫度。通過以上分析，可以設(shè)計(jì)出溫度采集子程序及數(shù)據(jù)處理子程序。

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