发布于：2007/6/11 9:03:35 | 1682 次阅读
摘 要：针对烤烟炕房干、湿温度测量问题，研究应用以PIC系列单片机为的智能型干、湿温度双路测温仪，有效地保证了测温方便、准确，提高了烟叶的初烤质量。仪器结构简单，成本低廉，操作方便。也可推广应用到其他需要测量干、湿温度的场合。
1引言
烟叶初烤是烟叶生产的一个重要环节，“烘烤是关键”不仅成为教课书上的常用语，也成为从事烟叶生产人员的共识。在烟叶初烤过程中，关键是控制炕房内的干、湿温度（干温是指炕房内的空气温度，湿温是指炕房内的水分温度），使其干、湿温度按照“三段式”烘烤工艺要求变化，才能保证烟叶初烤质量［1］。目前，我国烟区主要以普通炕房为主进行烟叶初烤，每炕烟从起烤到结束需要5~7天时间（底部烟、中部烟、上部烟烘烤时间不同），在此期间要昼夜检测炕内的干、湿温度，从而决定天窗和地洞的开启闭合。测量的方法是从炕房的小观察窗处拉出挂在竹杆（或木杆）上的酒精（或煤油）温度计测量干、湿温度，测量误差大且由于经常抽拉温度计而碰掉烟杆，掉杆后烘烤人员就要进入炕房内再将烟杆挂上，造成炕门处烟叶挂灰，严重影响烘烤质量。因此，准确地测量炕房内的干、湿温度已成为制约烘烤质量、影响烟叶生产效益的瓶径问题。为解决这一难题，我们开发了以PIC系列单片机为的测量炕房内干、湿温度的双路测温仪（以下简称测温仪）。
将测温仪的传感器组件挂在炕房内欲测量温度的位置（建议挂在下层），通过引线与主机相连，在主机上（炕外）显示炕内干、湿温度，且具有符合三段式烘烤工艺的温度设定、超限报警等功能，较好地解决了上述问题。经河南、福建、重庆、陕西等烟区使用，普遍反映测温准确、功能齐全、经济实用，能有效提高烟叶的初烤质量。
2测温原理
为达到降低成本、提高可靠性的目的，本系统放弃传统的Ａ／Ｄ转换法，采用单片机直接测量热敏电阻阻值，他具有效率高、高、速度快、 功耗低、成本低等优点。基本原理如图1所示。
2.1电路构成
如图1所示，Rc标准电阻或Rm热敏电阻与C电容构成充放电电路。RTcc可以记录充放电时间。检测电阻与C电容的充电时间用于消除电容误差，保证Rm热敏电阻与C电容充电时间准确性。
2.2检测过程
(1) PA0输出高电平通过Rc向电容C充电，当电容C被充电达到PA2的门槛电平（逻辑“1”）时RTcc记录下这一过程的时间得到Tc，如图2所示。
(2) PA2输出低电平，将电容放电拉回低电平。
(3) PA1输出高电平，通过Rm向电容C充电，当电容C被充电达到PA2的门槛电平（逻辑电平“1”） 时，RTcc记录下这一过程的时间得到Tm，如图2所示。
(4) PA2输出低电平,将电容放电拉回低电平,为下次检测做好准备。
2.3热敏电阻阻值计算
得到Tc，Tm后，就可以得到热敏电阻的阻值：
2.4等效温度值转换
热敏电阻的阻值向等效温度值转换是设计的关键。 由于热敏电阻阻值的非线性所至，必须建立一个近似函数用于计算。 本系统采用插值原理推导出温度计算函数。
设Tm=f(Rm)，则应当在函数f(Rm)处有n+1个相异点，其函数值为：
若找到某个函数g(x)使g(x)在xi(i=0～n)处与f(Rm)相等，满足这个条件的函数g(x)称f(Rm)的插值函数，xi称为插值节点，因此可以用g(x)在区间［a,b］代替f(Rm)。
如果用一个次数不超过n的多项式：
计算出a0,a1,a2,…,an，并且将Rmi代入g(xi)就能得到Tm=f(Rm)的计算函数。
解下列方程组：
代入式（2）得：
这里式(5)就是热敏电阻的阻值向等效温度值转换计算函数。
式(5)中n的取值与计算有关，n取值越大Tm越接近真实值。如果要求在不大于±1 ℃误差范围内，n取3就足以满足要求了。即：
在本系统中采用式(6)作为热敏电阻的阻值向等效温度值转换计算公式。
3软件设计
本系统的软件结构如图3和图4所示。
主程序（图3）完成对系统的初始化和式(1)、式(6)的计算。式(1)计算出干湿温热敏电阻Rm电阻值，式(6)计算出干湿温热敏电阻Rm电阻值等效的温度值。计算出温度值后还要进行越限判断，确定是否需要报警提醒。其他的辅助功能如按键操作、显示功能均在主程序完成处理。
子程序（图4）任务是完成效验电容充电过程，热敏电阻检测充电过程处理。程序处理完毕将向主程序提供Tc，Tm值。
主程序处理完毕系统自动进入SLEEP（睡眠）状态，等待下次系统唤醒。
4硬件设计
测温仪的硬件结构如图5所示。
(1) 单片机选型根据本设计对单片机的I／O，ROM，RAM，功耗、成本等方面的要求，在对比各种单片机性能价格比的基础上选用PIC16系列单片机。系列单片机具有I／O口丰富、功耗小等诸多优点，特别是具有SLEEP功能对降低功耗，提高电池使用效率具有独特的作用。
(2) 输出指示设计输出指示由3部分组成：
① 选用3只高亮度红色LED数码管作为温度值显示。显示采用动态扫描和间歇显示方式相结合，可以保证整机在低功耗，照明条件较差的环境下正常使用。
② 配合三段式烤烟工艺专门设计了红、黄、绿3种颜色发光管， 用于区分三段烘烤过程指示。
③ 用脉冲驱动的压电陶瓷片代替蜂鸣器，用于温度越限提醒报警。
(3) 输入操作设计为方便操作而设计了4只按键按钮,分别用于电源开关、设定温度越限报警值、干温显示、湿温显示。用于不同的操作对象。
(4) 测温元件设计测温元件采用经特殊封装的热敏电阻， 并且专门设计了湿温水瓶。湿温水瓶经精心加工固定，保证了干湿温的准确检测。
(5) 电源电源采用4节五号电池（型号：R6）单一供电。
5结语
利用PIC16系列单片机为的烤烟测温仪，通过直接测量热敏电阻值，实现了干、湿温度双路自动循环测量，具有报警温度设定、超限报警、定时显示报警功能；实现了硬件结构简单、成本低廉；通过软件和硬件的有机结合，实现了通过软件调整测量和灵敏度。所以该测温仪具有很高的推广价值。
烤烟测温仪由传感器组件和主机构成，只要改变程序设计和传感器的封装形式，就可以应用于其他干、湿温度测量的场合，如大棚育苗、香菇烘烤、中草药烘烤等测温场合。
参考文献
［1］杨熟申烟叶烘烤实用技术［M］郑州：河南科技出版社，1989
［2］武汉力源电子股份有限公司PIC16Cxx系列单片机应用，1997
［3］武汉力源电子股份有限公司PIC16Cxx系列单片机原理，1997
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