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煙葉烤房溫濕度自動控制儀的設計
摘要：介紹了利用模糊控制技術研制的基于單片機的KF-1型煙葉烤房溫濕度控制儀的軟硬件設計。本控制儀使烤房內的溫濕度按照煙葉最佳生化控制曲線而變化，從而提高了烤房內溫濕度的控制精度和烤煙質量。煙葉成熟采摘后必須經過烘烤加工才能制成工業用煙。這個烘烤過程一般需要幾十個小時，完全由人工控制烤房燃燒室的火車并監測烤房溫度，所以煙農勞動強度很大；而且不能精確控制烤房內的溫濕度，也不能對烤程精確計時，使烤出的煙葉工業利用率較低。
為解決上述問題，開發了KF-1型煙葉烤房溫濕度自動控制儀。該控制儀采用嵌入式單片機作為控制器，智能監測傳感器溫濕度的變化，并根據煙順烤制過程中的最佳生化控制曲線，利用模糊控制技術控制執行機構，保證烤房內溫濕度嚴格按照最佳生化控制曲線變化，從而提高了烤房內溫濕度控制精度及烤煙質量，減輕了煙農的勞動強度。
1 硬件系統的設計
KF-1型煙葉烤房溫濕度自動控制儀是針對國家煙草局在閩南地區推廣的煙葉烤房項目而設計的。這種類型的煙葉烤房前后均開設一個“門”，前門負責煤燃燒室的給風。需要增加火力升溫時加大前門的開啟量，從而使得烤房內溫度升高；反之減小其開啟時甚至關閉，使得烤房內溫度降低。后門用于調整烤房的濕度，濕度過高時加大后門的開啟量；反之減小其開啟量甚至關閉。KF-1型煙葉烤房溫濕度自動控制儀的硬件結構如圖1所示。
1.1 主控芯片
為了降低控制儀的成本并減小體積，主控芯片（CPU）選用美國ATMEL公司的嵌入式單片機AT90S8535[1]。該芯片內部具有的8通道10位精度ADC，可滿足溫度轉換的精度要求；其內部的8K字節在線可編程FLASH、512字節SRAM及512字節在線可編程EEPROM可滿足編程調試的需要；32個可編程的I/O接口中除PA口用于A/D轉換外，其它I/O接口可接顯示電路、鍵盤輸入及預設置電路和執行機構的驅動電路等。這樣，使用一片40腳的DIP芯片就可以完成設計要求，調試方便、控制靈活。
1.2 信號采集保持電路
信號采集保持電路如圖2所示。KF-1型煙葉烤房溫濕度自動控制儀最多可處理6路溫度和濕度輸入信號，圖2所示為其中的一路。溫、濕度傳感器選用半導體熱敏電阻，運放選用精密運算放大器OP07，集成穩定塊7805給OP07的正輸入端提供基準電壓，傳感器采集的溫、濕度信號送到OP07的負輸入端，電位器W1用于調節采樣基準，電位器W2用于調整運放的放大倍數。多路溫、濕度傳感器采集的溫、濕度信號分別經過信號采集保持電路處理后送到AT90S8535的PA口進行A/D轉換。
1.3 LCD顯示驅動電路
LCD顯示驅動電路的硬件構成如圖3所示。顯示器用于顯示煙葉烘烤過程的設定溫濕度值、實時檢測的溫濕度值和烤程計時時間。這里選用帶背光的字符型液晶顯示器GXM0802BSL。
這款液晶顯示器可顯示兩行字符，每行八位。AT90S8535的PC0～PC7和LCD的八位數據線連接，PD4～PD6與LCD的控制線連接，通過軟件編程實現顯示功能。
1.4 按鍵和預置設置輸入及報警電路
本控制儀設計有兩個按鍵，一個用于設定溫、濕度顯示和實時檢測溫、濕度顯示之間的切換，另一個用于實現自動控制和人工控制之間的切換。兩個按鍵分別通過74LS20接外中斷1，同時與AT90S8535的PD0和PD1口連接。當有按鍵按動時，產生一個中斷信號，由中斷服務程序掃描PD0和PD1口，確定是哪一個按鍵請求中斷，然后調用相應的服務程序。報警電路選用聲光報警，當實際溫度和設定溫度的差值超出預定范圍時，聲光自動報警的同時控制執行機構的驅動電路動作。另外，A/D轉換接口的PA6、PA7分別接一個精密電位器，用于預置溫濕度值。在按動溫度設定按鍵后，手動調節精密電位器來設定溫濕度，然后在一次按動溫度預定鍵予
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