干燥机设计论文：干燥机测算系统设计探索范文
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作者：石超单位：成都信息工程学院计算机学院
水分测量电路如图2．脉冲发生器和单稳态电路由一块时基电路556组成，IC1a组成占空比为50%，频率为8KHz的方波发生器，输出的方波经C3、R2组成的微分电路输出尖脉冲．尖脉冲经VD1去掉正向脉冲，由负向脉冲出发IC1b使单稳态电路翻转，单稳态恢复的时间由R3和电容式水分传感器的容量决定．从IC1b的9脚输出频率不变、脉冲宽度随传感器电容值变化的矩形波．从IC1b的9脚输出的调宽方波和IC1a的5脚输出的方波输入到由R4、VD2、VD3组成的与门，与门将两个波形中脉宽不同的部分检出，经VD4隔离加到由R5、RP2、C5等组成的积分电路，从out输出与物料水分对应的平均滞留电压．采用仪表放大器AD623组成放大电路，与LM331输入信号匹配．
温度测量补偿电路
热风温度的高低直接影响干燥的效率和物料的品质，因此，需要对热风温度进行测控，同时在干燥过程中，要时刻监测物料的温度变化，以保证干燥的质量．而且物料温度变化会引起物料介电常数的变化，从而影响测试结果，因此要进行温度的软件补偿．温度传感器选择线性度比较高的电流型集成温度传感器AD590，其测量范围为－55℃～＋150℃，灵敏度为1µ/℃．在0℃时10kΩ电阻上已有2.732V的电压输出，因此设置了调零电路．为与LM331输入信号匹配，设置放大电路．
信号采集电路
信号采集核心采用AT89C2051单片机，它有2KBFlash存储器，128字节RAM，15条I/O引线，2个16位定时器/计数器，1个5向量2级中断结构，1个全双工串行口，非常适合本系统的从机系统．测量电路输出的电压信号经V/F转换器转换为频率信号，V/F转换器选用具有良好的精度、线性和积分输入特点的LM331．在从机1中，LM331输入信号经CD4051多路转换开关与水分测量电路和温度补偿电路输出的信号相连，LM331输出与单片机T0口相连．在从机2中，LM331输入信号经CD4051多路转换开关与3路料温测量电路输出的信号相连．在从机3中，LM331输入信号直接与热风温度测量电路输出的信号相连．
主机系统
以AT89C52单片机为核心构成的主机系统，与配电箱布置在一起，完成水分含量、热风温度和物料温度信号的数学运算、处理、显示、报警、动态校正、键盘设定、控制、与PC机通讯等功能．
(1)通讯接口：AT89C52单片机只有一个全双工的串行口，该串行口加上RS-485芯片，对发送和接收端进行协议转换，实现远距离串行通信，完成对主机对各从机参数值的采集和处理．但对于多干燥机大系统，需要统一指挥和管理各分站的工作，因此，采用通用的同步/异步接收器/发送器8251A为AT89C52单片机扩展一个通信接口，实现于PC机的通讯，8251A与AT89C52连接电路图如图4。
(2)按键及看门狗电路：系统通过P1.0～P1.6设置了3×4个按键，分别是0～9数字键、校准键、设定键和确定键，键盘采用中断方式通过与门芯片74LS11与INT0相连．P2.0、P2.1和P2.2与硬件看门狗X25045相连，除作为系统看门狗防止程序跑飞外，还利用芯片的4096字节E2PROM存储各传感器测量标定时的标准值，保证了数据测量的长期准确性．
(3)显示、报警和控制电路：系统要同时显示热风温度、物料温度和物料含水量三个参数，范围都在0~99之间，因此每个参数显示整数为两位、小数位一位，三个参数共九位，采用9片串入并出芯片74HC595串联，并与单片机P2.3、P2.4和P2.5相连；声光报警电路与P1.7相连；P2.6控制抽风机的启停；P3.5控制排料电机的启停．
系统软件的设计
系统软件包括从机、主机和PC机三个部分，各从机程序主要有串行中断、定时、计数等程序模块组成；主机程序主要由主程序、数据处理子程序、显示子程序、中断服务程序、定时器中断服务程序等组成；PC机程序包括数据采集分析处理、管理、通讯等程序模块组成．
(1)各从机程序设计：从机采集程序通过设置TO计数、T1定时获得水分、温度的频率值，并进行软件滤波；从机与主机的通讯采用串行中断方式3，传送采集的频率值．
(2)主机程序设计：主机除完成采集数据的处理显示、控制外，还与PC机间通讯，是整个系统的核心．主机主程序结构框图如图5．温度的处理与计算：温度的测量采用AD590温度传感器，线性度好，即用表达式：其中，X为采集的脉冲个数，T为标称温度，a、b对热风、物料和出料口取不同的值．水分的处理与计算：物料含水量采用自制电容传感器，具有较好的线性，求得含水量值：式中：M为物料含水量／%，Y为采集的频率值，c、D为系数．由于物料含水量与温度有关，经软件补偿得最终含水量．
定时中断子程序：针对于薄层干燥过程的的特点，水分传感器布置在出料口，同时干燥过程一般持续时间较长，因此，不必要进行长期连续测量，采用定时中断来实现，根据含水量的高低开始时刻定时时间为20分钟，中间时刻为10分钟，后期为5分钟，进入定时中断后启动排料电机，终端返回时停止排料电机．
通讯子程序：通讯分为两部分，主机与各从机采用查询方式，循环采集各测量值，波特率为9600bps；主机与PC机采用中断方式，PC机的请求信号与主机INT1连接，进入中断后，如果地址正确，即进行接收或发送操作，否则说明不是与本机通讯，则返回．校准与设定子程序：所有按键按下都会引起外部中断，进入中断后扫描键盘，如为校准键，则调用校准子程序，依次将各传感器的标定值通过确定键写入X25045；如为设定键，则调用设定子程序，依次将温度的上下限、安全水分值通过确定键写入X25045；如为其它键则返回．
显示子程序：为便于随时了解干燥机的工作情况，系统需显示干燥机入口处热风的温度，干燥机内物料的平均温度及出口处物料水分值，共九位．为节省硬件资源，避免显示中的闪烁现象，用P2.3和P2.4口模拟串口，将显示的数据依次送完后，由P2.5口门控信号控制9个LED数码管同时更新显示．
(3)PC机程序设计：PC机与单片机联接后以RS－485标准构成小型分布式系统．通信协议：波特率为9600b/s；信息格式为8位数据位，一位停止位，无奇偶校验，传送方式为PC机采用查询方式收发，单片机采用中断方式收发．在Windows环境下采用VisualBasic6.0开发监测软件，利用串行通讯控件MSComm，进行串行数据接收，并进行数据长期保存、统计分析、特性曲线显示、打印等功能．
结论
通过运行表明，系统水分测量采用自制电容传感器配合温度补偿，实现了低成本、较高精度的测量；远距离、多测头的模块化电路设计保证了系统灵活组成，同时具有超限报警和控制功能，用户可根据需要，系统可大可小，提高了系统的性能价格比，适应了不同的测控需要；系统的主机与从机间和PC机与主机间均采用主从工作模式，可连接多达255路从机，做到多点多通道测量，实现了统一管理、风险分散，进一步拓宽了本系统的应用范围；同时本系统具有较大的通用性，更换不同从机并对软件稍加改动，即可用于其它参数的测量．