基于单片机的木材干燥室控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的木材干燥室控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

数国产设备的自动控制也属于人为设定参数的半自动控制。 几乎很少有真正意义上的全自动控制。 干燥参数的在线检测是干燥过程全自动控制的前提条件。 干燥介质的温度和湿度的在线检测难度不大 ,而前面提到的建议以临界干黑龙江工程学院本科生毕业 设计 4 燥应力和临界含水率梯度作为监控干燥过程的主要参数 ,其难点主要在干燥应力和含水率梯度的在线检测。 我国木材干燥技术虽然有一定的发展 ,但自动化程度较低 ,制约了木材全自动化发展的形状 .通过深入地分析木材干燥工艺和测控系统在木材干燥方面的应用 ,把智能化自动化检测技术引入木材干燥窑的设计中势在必行，微机不论在性能上还是价格上均能取代常规工业自动化仪表 ,而且对木材干燥这一特殊过程采用微机控制要比常规仪表更方便、准确。 将计算机技术应用于木材干燥过程在国内干燥技术研究中已有开展。 将被干燥的物料分割为有限多个小单元。 利用热风干燥有限元计算机模拟过程 ,获得了精确的干燥时间、物料终了含水率、排气温度、湿度和水分蒸发量。 也可以确定干燥过程中任一时刻的干燥情况 和有关技术参数。 这一计算机应木材干燥技术有着非常重大的意义 ,这方面用方法很值得在木材干燥中借鉴和应用。 设备的智能化、 集约 化 随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出很强的生命力。 它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能力。 对环境的温度和湿度都有较好的适应性，可以在工业条件下稳定工作。 且单片机广泛地应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，提高它们的测量速度和测量精度，加强控制功能。 MCS51 系列单片机控制的 “船舶航行状态自动记录仪 ”、 “烟叶水分测试仪 ”、 “智能超声波测厚仪 ”等。 单片机也广泛地应用于实时控制系统中，例如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。 将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥其数据处理功能和实时控制功能，使系统工作处于最佳状态，提高系统的生产效率和产品质量。 从航空航天、地质石油、冶金采矿、机械电子、轻工纺织等行业的分布系统与智能控制以及机电 一体化设备和产品，到邮电通信、日用设备和器械，单片机都发挥了巨大作用。 如前所述，我国目前的干燥技术水平已基 本能满足现阶段生产的要求，但仍有许多不足之处。 在新世纪中的干燥技术需要增加科技含量，由粗放型，向精确性、高科技的方向发展，才能跟上时代发展的步伐。 因此，基于国内市场急需自动化程度高的木材干燥设备新产品的实际情况，消化、吸收国外先进干燥技术和测试手段，使之适合我国国情，并在此基础上，研究、设计出性能优良、价格低廉、节能显著，达到或超过世界先进水平的新型干燥设备控制系统，开发木材干燥设备新型换代产品，提高木材干燥质量，降低木材资源消耗，节约能源，保护环境，具有十分重要的意义。 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 5 第 2章 总体方案设计 本系统设 计的基本内容 1. 木材干燥室控制系统发展现状：木材干燥室控制系统 的基本介绍以及 我国木材干燥行业存在的问题以及发展趋势。 2. 基本方案的选择： 以单片机为控制核心，采用温湿度测量 及 控制技术，以温湿度传感器作为测量元件，构成智能木材温湿度测量控制系统。 可分为温湿度测量电路，显示电路，声光报警电路，温湿度控制 执行 电路。 3．单片机系统的硬件设计：一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如 ROM、 RAM、 I/O、定时器 /计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须 在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。 二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、 A/D、 D/A 转换器等，要设计合适的接口电路。 4．单片机系统的软件设计：整个程序包括主程序和子程序两部分。 子程序包括延时子程序、启动子程序、参数扫描子程序、外部中断子程序等。 程序编制采用了模块化结构，对各个程序段的出入口、占用内部寄存器或 RAM 均做了明确规定，可分别调试，具有较强的灵活通性。 功能要求 （ 1） 实现对 木材干燥室 温湿度参数的实时采集 ,测量空间的温度和湿度 ,由单片机对 采集的温湿度值进行循环检测、数据处理、显示 ,实现温湿度的智能 检测。 （ 2） 实现超越数据的及时报警 ,并启动控制系统 ,实现 自动控制 的目的。 （ 3）实现 现场检测设备应具有较高的灵敏度、可靠性、抗干扰能力。 系统设计原则 高 可靠性 高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。 提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑：使用可靠性高的元器件；设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；进行软硬件滤波；系统自诊判断功能等。 操作维护方便 在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少黑龙江工程学院本科生毕业 设计 6 对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。 因此在设计时，要尽可能减少人机交换接口，多采用操作内置或简化的方法。 同时系统应配有现场故障自动诊断程序，一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位，以便进行维修。 高 性价比 单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。 一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。 因此，再设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路， 在系统性能和速度允许的情况下尽可能使用软件功能取代硬件功能等。 设计思路 （ 1）对于硬件部分：根据课题技术要求拟选择 ATMEL公司的 AT89C51 微控器作为控制与数据处理的 核心以构成木材干燥室控制系统。 根据技术要求 求判断是否需要外部采用可编程程序存储器以及数据存储器对微控器进行扩展。 （ 2）对于软件部分：设计硬件时应同时考虑软件的设计方法，争取采用最简单的设计方法使两者相辅相成。 设计后期用 C 语言及汇编语言编写程序并用相关绘图软件绘制系统外部接线图、软件流程图、系统框图。 图 技术路线流程图 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 7 主要器件选型 本设计主要研究的内容是 以单片机为控制核心，采用温湿度测量 及 控制技术，以温湿度传感器作为测量元件，构成智能木材温湿度测量控制系统。 故本系统主要器件包括单片机主芯片，温度传感器，湿度传感器，液晶显示装置等。 单片机主芯片选择方案 单片机的选型是一件重要而费心的事情 ,如果单片机型号选择得合适 ,单片机应用系统就会工作可靠 ，且很 经济。 如果选择得不合适 ,就会造成经济浪费 ,影响单片机应用系统的正常运行 ,甚至根本就达不到预先设计的功能。 对于一个已经设计好的单片机应用系统来说 ,它的技术 要求和系统功能都应当十分明确 .如果选择功能过于少的单片机 ,这个单片机应用系统就无法完成控制任务。 但是如果选择的单片机功能过于强大 ,这不但没有必要 ,还会造成资源浪费 ,不降性能价格比。 只要掌握和运用单片机正确选型的原则 ,就可以选择出最能适用于应用系统的单片机 ,保证单片要应用系统有最高的可靠性 ,最优的性能价格比 ,最长的使用寿命和最好的升级换代可能。 单片机芯片选型时 ,总的原则是 : “芯片含有 (功能或数量 )略大于设计需求 ”,”设计需求尽可能 (用 )芯片完成 (少用外围器件 )”。 “选大 (大厂 )不选小 ,选多 (供应量多 )不选少 ,选名 (名牌 )不选渺 (飘渺 ,不知详情的厂子 ),选廉 (谦价 )但要好 (质量保证 )。 对单片机选型 ,主要应用从单片机应用系统的技术性 ,实用性和要开发性三方面来考虑。 (1)技术性 :要从单片机的技术指标角度 ,对单片机芯片进行选择 ,以保证单片机应用系统在一定的技术指标下可靠运行。 (2)实用性 :要从单片机的供货渠道、信誉程序等角度，对单片机的生产厂家进行选择以保证单片机应用系统在能长期、可靠运行； (3)可开发性：选用的单片机要有可靠的可以开发手段，如程序开发工具、仿真调试手段等。 由于在学校期间学过数字电路、 单片机原理、 C 语言程序设计，综合考虑单片机的各部分资源和作为学生能够获得的资源，经过对比此次设计要求， 同时考虑经济及实用性 ,我选择用 ATMEL 系列芯片完成。 而且 在 学校 期间学习的单片机应用系统设计技术 也 主要介绍了 C51 系类单片机 ，实际操作起来比较方便，故 ATMEL为更合理的选择。 具体方案如下： 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 8 AT89C51 是美国 ATMEL公司生产的低电压，高性能 CMOS 型 8 位单片机，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器 (CPU)和 Flash 存储单元，功 能强大。 其片内的 4K 程序存储器是 FLASH 工艺的，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。 写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护我们的劳动成果。 再者， AT89C51 目前的售价比 8031 还低，市场供应也很充足。 AT89C51 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。 只要程序长度小于 4K，四个 I/O 口全部提供给用户。 可用 5V电压编程，而且擦写时间仅需 lOms。 AT89C51 芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系 统不被仿制。 PO 口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读 /写操作。 显示器选择方案 方案一：选用液晶显示器 (LCD)， LCD 具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其它显示器无法比拟的优点，近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。 LCD 可分为段位式 LCD、字符式 LCD 和点阵式LCD。 其中，段位式 LCD 和字符式 LCD 只能用于字和数字的简单显示，不能满足图形曲线和汉字显示的要求；而点阵式 LCD 不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字， 并且可以实现屏幕上下左右滚动，动画功能，分区开窗口，反转，闪烁等功能，用途十分广泛。 LCD 产品制造涉及光学、半导体、电机、化工、材料等各项领域，上下游所需技术层面极广，极少有单一厂商能从材料到成品全部都做，因此各领域分工明显。 LCD 产业上游材料包括玻璃基板、 ITO 导电玻璃、偏光板、彩色滤光片、背光模块、液晶、半导体制造工序所需光罩，液晶驱动 IC、印刷电路板（ PCB）等；中游则集合各种材料，制造 LCD 面板和模块，提供给下游应用厂商使用。 方案二：选用 LED 显示器， LED 是英文 light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 LED 的抗震性能好。 发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n型半导体组成的 晶片 ，在 p 型半导体和 n型半导体之间有一个过渡 层，称为 pn结。 在某些半导体材料的 PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。 PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。 这种利用 注入式电致发光 原理制作的二极管叫发光二极管，通称 LED。 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 9 当它处于正向 工作状态时（即两端加上正向电压），电流从 LED 阳极 流向 阴极 时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 综上所诉，结合 proteus 的元件库，我们选择方案一，因其可以同时显示多个数据，故选之。 传感器选择方案 方案一： 首先我考 虑到使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行温度数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦，同时加上湿度模块就更加复杂了。 模拟电路的累加对后期我们的数据采集精度也很能达标。 方案二： 其次我考虑到用温度传感器再加上湿度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，温度传感器可以采用一线制DS18B20，这个传感器 也 可以在 proteus 元件库 找到 ，可以很 容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 方案三： 随着技术发展，温湿度一体的传感器也越来越多，并且性价比也越来越 高 ，例如 SHT90、 9 95 系列价格在四五十左右或者更低。 经过搜找，我发现在 proteus元件库中的 SHT11 这款温湿度传感器。 在测量过程中可对相对温湿度进行自动校准， 同时 SHT11 温湿度传感器能 准确的测量温湿度。 产品互换性好，相应速度快，抗干扰性强，不需要外部参考源和外部器件。 它克服了前两个方案的缺点又 具有前两个方案的优点。 同时它也符合参数要求。 由以上方案可知 传统的模拟式传感 器（方案一）一般不仅要设计信号调理电路 ， 还要经过复杂的校准和标定过程，其测量精度难以保证。 而 方案三的 SHT11传感器 是瑞。