基于AVR单片机的智能烤烟控制仪

 烤烟是云南省农业生产的主要经济作物之一，近年来，由于推广了优质烟栽培技术，使烤烟生产有了很大发展，但烟叶的烘烤仍然是一个薄弱环节。为了解决烟叶烘烤技术难于掌握的问题，设计了烤烟智能控制仪，他使难于控制的烟叶烘烤过程变得简单。本文从软、硬件方面详细介绍智能控制仪的组成和工作原理。

1　烟叶烘烤的基本要求

影响烟叶质量的因素有很多方面，除了有标准的烤房之外，烟叶烘烤过程中的温度、湿度控制十分重要。云南省烟草研究所研究得出优质烟叶的一般烘烤方法。其温度时间、湿度时间关系如图1和图2所示。

从图1和图2中可以看出，在烟叶烘烤的整个过程中，一定的时刻对应一个确定的温度、湿度值。图1和图2中的一定时间的温度、湿度值在系统的设计中被换算制成一个标准的温度、湿度表，为系统实时温度、湿度的比较提供标准。

2　控制仪的组成和工作原理

为了实现在烟叶烘烤过程中实时监测烤房内的温度和湿度值，保证在整个烘烤过程中有正确的温度和湿度。该控制仪通过温度和湿度传感器实时读取烤房内的温度和湿度值，经单片机查表、计算后，输出显示温度、湿度值和控制信号去改变烤房的加热、通风条件。

2．1　控制仪的电路组成

系统的电路主要有温度、湿度传感器电路， AT90S8515单片机电路，显示电路和控制电路组成。电路组成如图3所示。

2．2　控制仪的工作原理

(1)温度传感器电路

他的作用是将烤房内的温度转化为相应的频率信号，供单片机记数用，电路采用555多谐振荡器电路，图3中Rt为高灵敏度(S＝50 mV/°C)的热敏电阻NTC10SD，RT(25℃)＝10 kΩ。555多谐振荡器输出信号的频率与热敏电阻Rt的关系为：

部分温度电阻-频率之间的关系如表1所示。

 (2)湿度传感器电路

他的作用是将烤房内的湿度转化为相应的频率信号，供单片机记数用，电路和温度传感器电路相似如图3所示，图中C为法国Humirel公司的HS1100电容式相对湿度传感器。他具有长期稳定性好、响应快等特点。

部分相对湿度-电容频率之间的关系如表2所示。

(3)AT90S8515单片机电路工作原理

AT90S8515单片机电路是整个系统的核心，主要完成系统的定时，从T1(PB1)口读取温度传感器和湿度传感器送来的温度和湿度值，经过查表比较运算后，从PC口输出温度和湿度值，从异步串行口(PD0，PD1)输出系统工作时间，从PB5，PB6输出控制信号。其中，AT90S8515是一种高性能，底功耗RISC结构的单片机，内部带有8 kB的Flash可编程存储器，512 B的SRAM和512 B的E2PROM，有可预分频的8 b和16 b定时器/记数器和可编程的看门狗定时器等。

单片机的定时：他由16 b定时器/记数器T1来定成， 在主程序中设置T1为定时状态，定时中断时间为15 s，由于系统时钟采用4 MHz，所以TCNT1＝6943，TCCR1B＝05，在T1的定时中断程序中，通过对中断次数的计数，得出定时时间，R20中存入分钟位(最大值为 240)，R21中存入小时位(最大值为150)。温度值和湿度值的读取：在图3的电路结构中可以看到，他是由单片机和双4选一数据选择器74LS153 构成，在软件控制下，每隔10 min读取一次温度、湿度值。单片机的PB2，PB3口分别接74LS153的输入选择端A0，A1。PB2＝0，PB3＝0时，选择读取的32是湿度值，PB2＝1，PB3＝0时选择读取的是温度值，在读温度、湿度和显示子程序与T0中断程序中，通过T0定时规定读温度、湿度的时间各为20 ms，T0的定时初值TCNT0＝178，TCCR0＝05，T1设计为计数方式初值为0，对温度和湿度值进行BCD码转换后存入内部的SRAM中，与标准表中该时刻对应的温度和湿度值进行比较，若比较结果在误差允许范围内(温度±10℃，湿度±3％)，将温度、湿度值送显示电路，不送报警控制信号。若比较结果在误差允许范围外，将温度、湿度值送显示电路，同时送报警控制信号，去改变烤房的加热和通风条件，使烤房的温度、湿度回到误差允许范围内。

(4)显示电路

显示电路包括两部分即温度、湿度显示部分和定时时间显示部分。温度、湿度显示部分是由单片机的PC，PB4口和锁存器74LS373共同完成，当 PB4＝1时，PC口输出温度值(BCD码)经74LS373锁存后送温度显示电路，PB4＝0时，PC口输出湿度值(BCD码)送湿度显示电路。定时时间显示部分是由单片机的串行口和移位寄存器74LS164共同完成，串行口输出的时间值经74LS164串入并出后送时间显示电路。

(5)报警控制电路

报警控制电路由PB5，PB6外接电路组成如图3所示。 当温度、湿度值超过允许误差时，PB5，PB6输出控制信号经光电耦合、功率放大送继电器接点实现加热控制和通风控制。

3　软件设计

根据硬件电路的设计，系统的软件设计(不包括键盘扫描初值预置程序)主要由4部分组成，即主程序部分，T1的定时中断程序部分，读温度、湿度和显示子程序部分和T0中断程序部分。程序流程图如图4～图7所示。

4　结语

该控制仪在定时中由于 T1中断程序，读温度、湿度和显示子程序和T0中断程序的执行，给T1的定时带来了一些误差，但由于该系统的定时的精度要求不高(15 s)，可以通过适当调整T1的定时初值达到精确定时。因此，不会影响系统的正常工作。同时，电路中设计了定时初值预置功能(PB7控制)，他由单片机的 PA口、4×4键盘和键盘程序完成，这样能保证控制仪的稳定工作。

参考文献
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