干燥機設計論文：干燥機測算系統設計探索范文

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作者：石超單位：成都信息工程學院計算機學院

水分測量電路如圖2．脈沖發生器和單穩態電路由一塊時基電路556組成，IC1a組成占空比為50%，頻率為8KHz的方波發生器，輸出的方波經C3、R2組成的微分電路輸出尖脈沖．尖脈沖經VD1去掉正向脈沖，由負向脈沖出發IC1b使單穩態電路翻轉，單穩態恢復的時間由R3和電容式水分傳感器的容量決定．從IC1b的9腳輸出頻率不變、脈沖寬度隨傳感器電容值變化的矩形波．從IC1b的9腳輸出的調寬方波和IC1a的5腳輸出的方波輸入到由R4、VD2、VD3組成的與門，與門將兩個波形中脈寬不同的部分檢出，經VD4隔離加到由R5、RP2、C5等組成的積分電路，從out輸出與物料水分對應的平均滯留電壓．采用儀表放大器AD623組成放大電路，與LM331輸入信號匹配．

溫度測量補償電路

熱風溫度的高低直接影響干燥的效率和物料的品質，因此，需要對熱風溫度進行測控，同時在干燥過程中，要時刻監測物料的溫度變化，以保證干燥的質量．而且物料溫度變化會引起物料介電常數的變化，從而影響測試結果，因此要進行溫度的軟件補償．溫度傳感器選擇線性度比較高的電流型集成溫度傳感器AD590，其測量范圍為－55℃～＋150℃，靈敏度為1µ/℃．在0℃時10kΩ電阻上已有2.732V的電壓輸出，因此設置了調零電路．為與LM331輸入信號匹配，設置放大電路．

信號采集電路

信號采集核心采用AT89C2051單片機，它有2KBFlash存儲器，128字節RAM，15條I/O引線，2個16位定時器/計數器，1個5向量2級中斷結構，1個全雙工串行口，非常適合本系統的從機系統．測量電路輸出的電壓信號經V/F轉換器轉換為頻率信號，V/F轉換器選用具有良好的精度、線性和積分輸入特點的LM331．在從機1中，LM331輸入信號經CD4051多路轉換開關與水分測量電路和溫度補償電路輸出的信號相連，LM331輸出與單片機T0口相連．在從機2中，LM331輸入信號經CD4051多路轉換開關與3路料溫測量電路輸出的信號相連．在從機3中，LM331輸入信號直接與熱風溫度測量電路輸出的信號相連．

主機系統

以AT89C52單片機為核心構成的主機系統，與配電箱布置在一起，完成水分含量、熱風溫度和物料溫度信號的數學運算、處理、顯示、報警、動態校正、鍵盤設定、控制、與PC機通訊等功能．

(1)通訊接口：AT89C52單片機只有一個全雙工的串行口，該串行口加上RS-485芯片，對發送和接收端進行協議轉換，實現遠距離串行通信，完成對主機對各從機參數值的采集和處理．但對于多干燥機大系統，需要統一指揮和管理各分站的工作，因此，采用通用的同步/異步接收器/發送器8251A為AT89C52單片機擴展一個通信接口，實現于PC機的通訊，8251A與AT89C52連接電路圖如圖4。

(2)按鍵及看門狗電路：系統通過P1.0～P1.6設置了3×4個按鍵，分別是0～9數字鍵、校準鍵、設定鍵和確定鍵，鍵盤采用中斷方式通過與門芯片74LS11與INT0相連．P2.0、P2.1和P2.2與硬件看門狗X25045相連，除作為系統看門狗防止程序跑飛外，還利用芯片的4096字節E2PROM存儲各傳感器測量標定時的標準值，保證了數據測量的長期準確性．

(3)顯示、報警和控制電路：系統要同時顯示熱風溫度、物料溫度和物料含水量三個參數，范圍都在0~99之間，因此每個參數顯示整數為兩位、小數位一位，三個參數共九位，采用9片串入并出芯片74HC595串聯，并與單片機P2.3、P2.4和P2.5相連；聲光報警電路與P1.7相連；P2.6控制抽風機的啟停；P3.5控制排料電機的啟停．

系統軟件的設計

系統軟件包括從機、主機和PC機三個部分，各從機程序主要有串行中斷、定時、計數等程序模塊組成；主機程序主要由主程序、數據處理子程序、顯示子程序、中斷服務程序、定時器中斷服務程序等組成；PC機程序包括數據采集分析處理、管理、通訊等程序模塊組成．

(1)各從機程序設計：從機采集程序通過設置TO計數、T1定時獲得水分、溫度的頻率值，并進行軟件濾波；從機與主機的通訊采用串行中斷方式3，傳送采集的頻率值．

(2)主機程序設計：主機除完成采集數據的處理顯示、控制外，還與PC機間通訊，是整個系統的核心．主機主程序結構框圖如圖5．溫度的處理與計算：溫度的測量采用AD590溫度傳感器，線性度好，即用表達式：其中，X為采集的脈沖個數，T為標稱溫度，a、b對熱風、物料和出料口取不同的值．水分的處理與計算：物料含水量采用自制電容傳感器，具有較好的線性，求得含水量值：式中：M為物料含水量／%，Y為采集的頻率值，c、D為系數．由于物料含水量與溫度有關，經軟件補償得最終含水量．

定時中斷子程序：針對于薄層干燥過程的的特點，水分傳感器布置在出料口，同時干燥過程一般持續時間較長，因此，不必要進行長期連續測量，采用定時中斷來實現，根據含水量的高低開始時刻定時時間為20分鐘，中間時刻為10分鐘，后期為5分鐘，進入定時中斷后啟動排料電機，終端返回時停止排料電機．

通訊子程序：通訊分為兩部分，主機與各從機采用查詢方式，循環采集各測量值，波特率為9600bps；主機與PC機采用中斷方式，PC機的請求信號與主機INT1連接，進入中斷后，如果地址正確，即進行接收或發送操作，否則說明不是與本機通訊，則返回．校準與設定子程序：所有按鍵按下都會引起外部中斷，進入中斷后掃描鍵盤，如為校準鍵，則調用校準子程序，依次將各傳感器的標定值通過確定鍵寫入X25045；如為設定鍵，則調用設定子程序，依次將溫度的上下限、安全水分值通過確定鍵寫入X25045；如為其它鍵則返回．

顯示子程序：為便于隨時了解干燥機的工作情況，系統需顯示干燥機入口處熱風的溫度，干燥機內物料的平均溫度及出口處物料水分值，共九位．為節省硬件資源，避免顯示中的閃爍現象，用P2.3和P2.4口模擬串口，將顯示的數據依次送完后，由P2.5口門控信號控制9個LED數碼管同時更新顯示．

(3)PC機程序設計：PC機與單片機聯接后以RS－485標準構成小型分布式系統．通信協議：波特率為9600b/s；信息格式為8位數據位，一位停止位，無奇偶校驗，傳送方式為PC機采用查詢方式收發，單片機采用中斷方式收發．在Windows環境下采用VisualBasic6.0開發監測軟件，利用串行通訊控件MSComm，進行串行數據接收，并進行數據長期保存、統計分析、特性曲線顯示、打印等功能．

結論

通過運行表明，系統水分測量采用自制電容傳感器配合溫度補償，實現了低成本、較高精度的測量；遠距離、多測頭的模塊化電路設計保證了系統靈活組成，同時具有超限報警和控制功能，用戶可根據需要，系統可大可小，提高了系統的性能價格比，適應了不同的測控需要；系統的主機與從機間和PC機與主機間均采用主從工作模式，可連接多達255路從機，做到多點多通道測量，實現了統一管理、風險分散，進一步拓寬了本系統的應用范圍；同時本系統具有較大的通用性，更換不同從機并對軟件稍加改動，即可用于其它參數的測量．