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作者：石超單位：成都信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院

水分測(cè)量電路如圖2．脈沖發(fā)生器和單穩(wěn)態(tài)電路由一塊時(shí)基電路556組成，IC1a組成占空比為50%，頻率為8KHz的方波發(fā)生器，輸出的方波經(jīng)C3、R2組成的微分電路輸出尖脈沖．尖脈沖經(jīng)VD1去掉正向脈沖，由負(fù)向脈沖出發(fā)IC1b使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，單穩(wěn)態(tài)恢復(fù)的時(shí)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(diào)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(mén)，與門(mén)將兩個(gè)波形中脈寬不同的部分檢出，經(jīng)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(duì)應(yīng)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(hào)匹配．

溫度測(cè)量補(bǔ)償電路

熱風(fēng)溫度的高低直接影響干燥的效率和物料的品質(zhì)，因此，需要對(duì)熱風(fēng)溫度進(jìn)行測(cè)控，同時(shí)在干燥過(guò)程中，要時(shí)刻監(jiān)測(cè)物料的溫度變化，以保證干燥的質(zhì)量．而且物料溫度變化會(huì)引起物料介電常數(shù)的變化，從而影響測(cè)試結(jié)果，因此要進(jìn)行溫度的軟件補(bǔ)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(cè)量范圍為－55℃～＋150℃，靈敏度為1µ/℃．在0℃時(shí)10kΩ電阻上已有2.732V的電壓輸出，因此設(shè)置了調(diào)零電路．為與LM331輸入信號(hào)匹配，設(shè)置放大電路．

信號(hào)采集電路

信號(hào)采集核心采用AT89C2051單片機(jī)，它有2KBFlash存儲(chǔ)器，128字節(jié)RAM，15條I/O引線，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)全雙工串行口，非常適合本系統(tǒng)的從機(jī)系統(tǒng)．測(cè)量電路輸出的電壓信號(hào)經(jīng)V/F轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，V/F轉(zhuǎn)換器選用具有良好的精度、線性和積分輸入特點(diǎn)的LM331．在從機(jī)1中，LM331輸入信號(hào)經(jīng)CD4051多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與水分測(cè)量電路和溫度補(bǔ)償電路輸出的信號(hào)相連，LM331輸出與單片機(jī)T0口相連．在從機(jī)2中，LM331輸入信號(hào)經(jīng)CD4051多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與3路料溫測(cè)量電路輸出的信號(hào)相連．在從機(jī)3中，LM331輸入信號(hào)直接與熱風(fēng)溫度測(cè)量電路輸出的信號(hào)相連．

主機(jī)系統(tǒng)

以AT89C52單片機(jī)為核心構(gòu)成的主機(jī)系統(tǒng)，與配電箱布置在一起，完成水分含量、熱風(fēng)溫度和物料溫度信號(hào)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、處理、顯示、報(bào)警、動(dòng)態(tài)校正、鍵盤(pán)設(shè)定、控制、與PC機(jī)通訊等功能．

(1)通訊接口：AT89C52單片機(jī)只有一個(gè)全雙工的串行口，該串行口加上RS-485芯片，對(duì)發(fā)送和接收端進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離串行通信，完成對(duì)主機(jī)對(duì)各從機(jī)參數(shù)值的采集和處理．但對(duì)于多干燥機(jī)大系統(tǒng)，需要統(tǒng)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(fā)送器8251A為AT89C52單片機(jī)擴(kuò)展一個(gè)通信接口，實(shí)現(xiàn)于PC機(jī)的通訊，8251A與AT89C52連接電路圖如圖4。

(2)按鍵及看門(mén)狗電路：系統(tǒng)通過(guò)P1.0～P1.6設(shè)置了3×4個(gè)按鍵，分別是0～9數(shù)字鍵、校準(zhǔn)鍵、設(shè)定鍵和確定鍵，鍵盤(pán)采用中斷方式通過(guò)與門(mén)芯片74LS11與INT0相連．P2.0、P2.1和P2.2與硬件看門(mén)狗X25045相連，除作為系統(tǒng)看門(mén)狗防止程序跑飛外，還利用芯片的4096字節(jié)E2PROM存儲(chǔ)各傳感器測(cè)量標(biāo)定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值，保證了數(shù)據(jù)測(cè)量的長(zhǎng)期準(zhǔn)確性．

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

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件包括從機(jī)、主機(jī)和PC機(jī)三個(gè)部分，各從機(jī)程序主要有串行中斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)等程序模塊組成；主機(jī)程序主要由主程序、數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序、中斷服務(wù)程序、定時(shí)器中斷服務(wù)程序等組成；PC機(jī)程序包括數(shù)據(jù)采集分析處理、管理、通訊等程序模塊組成．

(1)各從機(jī)程序設(shè)計(jì)：從機(jī)采集程序通過(guò)設(shè)置TO計(jì)數(shù)、T1定時(shí)獲得水分、溫度的頻率值，并進(jìn)行軟件濾波；從機(jī)與主機(jī)的通訊采用串行中斷方式3，傳送采集的頻率值．

(2)主機(jī)程序設(shè)計(jì)：主機(jī)除完成采集數(shù)據(jù)的處理顯示、控制外，還與PC機(jī)間通訊，是整個(gè)系統(tǒng)的核心．主機(jī)主程序結(jié)構(gòu)框圖如圖5．溫度的處理與計(jì)算：溫度的測(cè)量采用AD590溫度傳感器，線性度好，即用表達(dá)式：其中，X為采集的脈沖個(gè)數(shù)，T為標(biāo)稱溫度，a、b對(duì)熱風(fēng)、物料和出料口取不同的值．水分的處理與計(jì)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(shù)．由于物料含水量與溫度有關(guān)，經(jīng)軟件補(bǔ)償?shù)米罱K含水量．

定時(shí)中斷子程序：針對(duì)于薄層干燥過(guò)程的的特點(diǎn)，水分傳感器布置在出料口，同時(shí)干燥過(guò)程一般持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，因此，不必要進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)測(cè)量，采用定時(shí)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)含水量的高低開(kāi)始時(shí)刻定時(shí)時(shí)間為20分鐘，中間時(shí)刻為10分鐘，后期為5分鐘，進(jìn)入定時(shí)中斷后啟動(dòng)排料電機(jī)，終端返回時(shí)停止排料電機(jī)．

通訊子程序：通訊分為兩部分，主機(jī)與各從機(jī)采用查詢方式，循環(huán)采集各測(cè)量值，波特率為9600bps；主機(jī)與PC機(jī)采用中斷方式，PC機(jī)的請(qǐng)求信號(hào)與主機(jī)INT1連接，進(jìn)入中斷后，如果地址正確，即進(jìn)行接收或發(fā)送操作，否則說(shuō)明不是與本機(jī)通訊，則返回．校準(zhǔn)與設(shè)定子程序：所有按鍵按下都會(huì)引起外部中斷，進(jìn)入中斷后掃描鍵盤(pán)，如為校準(zhǔn)鍵，則調(diào)用校準(zhǔn)子程序，依次將各傳感器的標(biāo)定值通過(guò)確定鍵寫(xiě)入X25045；如為設(shè)定鍵，則調(diào)用設(shè)定子程序，依次將溫度的上下限、安全水分值通過(guò)確定鍵寫(xiě)入X25045；如為其它鍵則返回．

顯示子程序：為便于隨時(shí)了解干燥機(jī)的工作情況，系統(tǒng)需顯示干燥機(jī)入口處熱風(fēng)的溫度，干燥機(jī)內(nèi)物料的平均溫度及出口處物料水分值，共九位．為節(jié)省硬件資源，避免顯示中的閃爍現(xiàn)象，用P2.3和P2.4口模擬串口，將顯示的數(shù)據(jù)依次送完后，由P2.5口門(mén)控信號(hào)控制9個(gè)LED數(shù)碼管同時(shí)更新顯示．

(3)PC機(jī)程序設(shè)計(jì)：PC機(jī)與單片機(jī)聯(lián)接后以RS－485標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成小型分布式系統(tǒng)．通信協(xié)議：波特率為9600b/s；信息格式為8位數(shù)據(jù)位，一位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，傳送方式為PC機(jī)采用查詢方式收發(fā)，單片機(jī)采用中斷方式收發(fā)．在Windows環(huán)境下采用VisualBasic6.0開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)軟件，利用串行通訊控件MSComm，進(jìn)行串行數(shù)據(jù)接收，并進(jìn)行數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存、統(tǒng)計(jì)分析、特性曲線顯示、打印等功能．

結(jié)論

通過(guò)運(yùn)行表明，系統(tǒng)水分測(cè)量采用自制電容傳感器配合溫度補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了低成本、較高精度的測(cè)量；遠(yuǎn)距離、多測(cè)頭的模塊化電路設(shè)計(jì)保證了系統(tǒng)靈活組成，同時(shí)具有超限報(bào)警和控制功能，用戶可根據(jù)需要，系統(tǒng)可大可小，提高了系統(tǒng)的性能價(jià)格比，適應(yīng)了不同的測(cè)控需要；系統(tǒng)的主機(jī)與從機(jī)間和PC機(jī)與主機(jī)間均采用主從工作模式，可連接多達(dá)255路從機(jī)，做到多點(diǎn)多通道測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一管理、風(fēng)險(xiǎn)分散，進(jìn)一步拓寬了本系統(tǒng)的應(yīng)用范圍；同時(shí)本系統(tǒng)具有較大的通用性，更換不同從機(jī)并對(duì)軟件稍加改動(dòng)，即可用于其它參數(shù)的測(cè)量．