花椒烘干机的设计8资料.docx

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花椒烘干机的设计8资料

2015陇东学院第十六届“挑战杯”

课外学术科技作品

花椒烘干机的设计

2015年11月18日

花椒烘干机的设计

【摘要】:

针对目前我国农村花椒在成熟季节易受阴雨天气影响而影响其质量和产量这一问题，提出基于单片机的花椒烘干加工温度自控系统。

本设计将对花椒温度控制予以研究。

在控制过程中主要应用AT89S52、LED显示器。

而主要是通过DS18B20数字温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过LED显示屏显示实时温度。

软件方面采用C语言来进行程序设计软件的设计采用模块化结构，使硬件在软件的控制下协调运作，实现了对花椒烘干系统温度的测量、显示和报警功能。

系统结构简单、性能可靠，能有效实现花椒加工过程中温度控制。

【关键词】单片机系统；传感器；数据采集；温度；显示屏；

1引言

花椒，广泛分布于我国北部至西南，并且在我国华北、华中、华南均有分布。

四川汉源花椒，古谓“贡椒”，自唐代元间就已被列为贡品，长达一千于年，史籍上多有记载。

今日之川菜百味，更是以“麻”字当头，而正宗的川味，其椒必取自汉源，汉源花椒主要用于火锅主料、烧菜、炖菜等佳肴制作。

花椒果实不仅可以做成调味剂，还是一味药用价值很好的中药。

花椒在中药中味道略带辛辣，但是是一种温和性的中药材，不仅能刺激味蕾增加进食，而且可以温暖身体，祛除寒气和湿气，还可以保护我们的胃和脾。

然而在花椒成熟季节一旦遇到阴雨天气或晾晒不均衡会导致花椒色泽变暗沉，极大影响花椒的质量，直接造成经济上的损失和浪费，所以对于花椒烘干系统设计对于花椒的保产和量化生产显得尤为重要。

我国农村对于花椒烘干加工采用人工控制，劳动强度大，经济效益不明显！

  二十一世纪是科学技术飞速发展的信息化时代，电子技术、微型单片机技术得到了空前广泛的应用，随着科学技术和生产的不断发展，在工农业生产中需要对各种参数进行温度测量控制。

因此温度一词在生活生产中出现的频率也日益增多，与之相对应的，温度控制也成了生产生活中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着十分关键的作用。

而在花椒烘干加工过程中，温度自动控制系统的建立可以避免在传统花椒烘干生产中的一些外界因素而引起的减产和浪费，从而提高花椒的生产经济效益，促进农业生产自动化与智能化的发展趋势！

在单片机温度控制系统的关键是测量温度、控制温度与保持温度，温度的测量是工农业对象中主要的被控参数之一。

本设计选用AT89S52单片机作为主控制器件，釆用DS18B20作为测温传感器并通过CD1602并行传送数据，以实现温度显示。

DS18B20可直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能比较稳定，线性度较好，在-55℃～125℃最大线性偏差小于0.1℃。

该器件也可直接向单片机传输数字信号，便于单片机的处理与控制。

另外，该温度器件还能直接采用测温器件测量温度，从而简化了数据传输与处理过程。

2方案设计

本设计所要研究的课题是花椒烘干加工温度自动控制系统，主要介绍了对花椒烘干温度的显示、控制及报警设计，实现温度的实时显示

与控制功能。

对于花椒烘干温度控制部分，采用DS18B20传感器、AT89S52单片机及LED的硬件电路，已完成对花椒温度的实时检　　测与显示。

使用DS18B20传感器与单片机连接，由软件与硬件电路相配合，来实现对加热电阻丝的实时控制与超出设定的上下温度的报警系统设计。

系统的温度控制部分，采用ＰＩＤ闭环负反馈控制系统，由ＤＳ１８ｓ２０监测系统内部温度，采用中值滤波的方法，取一个值存入程序存取器内部一个单元来作为最终检测信号，并在液晶屏上显示。

控制器采用ＡＴ８９Ｃ５２单片机，使用ｐｉｄ算法对检测信号与设定的差值进行调节，输出控制信号给执行机构，来调节加热电阻的加热功率，从而控制内部温度，它具有微型化，高性能，低功耗，抗干扰能力强与易配微处理器等的优点，非常适合与构成多点的温度控制系统，可以直接将温度转化成串行数字信号，以供微处理，而且每片ＤＳ１８２０传感器都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，在构成大型温度测控系统时，在单线上可挂接多个ＤＳ１８２０传感器芯片。

ＤＳ１８２０读出或写入ＤＳ１８２０信息仅需要一根口线，其温度变换功率及其读写均来源于数据总线，该总线本身也可以向所接的DS18S20芯片供电，不需要额外电源。

同时ＤＳ１８Ｓ２０能提供九位温度的读数，无需外围硬件即可构成温度检测系统，本次主要实现温度测试，温度显示与温度的门限设定，超过设定的门限值时自动启动加热装置等功能。

而且还要以单片机为控制主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连线，与温度控制部分共同实现检测与控制。

３　电机驱动

步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。

步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。

正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。

由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。

1.步进电动机的种类

　　目前常用的有三种步进电动机：

（1）反应式步进电动机（VR）。

反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。

（2）永磁式步进电动机（PM）。

永磁式步进电动机出力大，动态性能好；但步距角大。

（3）混合式步进电动机（HB）。

混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。

它有时也称作永磁感应子式步进电动机。

2.步进电动机的工作原理

　　　　　　图1三相反应式步进电动机的结构示意图

图1是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。

电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60º。

各磁极上套有线圈，按图1连成A、B、C三相绕组。

转子上均布40个小齿。

所以每个齿的齿距为θE=360º/40=9º，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。

由于定子和转子的小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。

若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图1，那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3º。

因此，B、C极下的磁阻比A磁极下的磁阻大。

若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3º；此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。

接着停止对B相绕组通电，而改为C相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过3º。

依次类推，当三相绕组按A→B→C→A顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动3º的规律步进式转动起来。

若改变通电顺序，按A→C→B→A顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3º的规律转动。

因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。

单三拍运行时的步矩角θb为30º。

三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按AB→BC→CA→AB顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按A→AB→B→BC→C→CA→A顺序循环通电的方式。

六拍运行时的步矩角将减小一半。

反应式步进电动机的步距角可按下式计算：

θb=360º/NEr

（1）式中Er——转子齿数；N——运行拍数，N=km，m为步进电动机的绕组相数，k=1或2。

3.步进电动机的驱动方法

步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图2所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。

图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。

驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口，这里予以简单介绍。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2步进电动机驱动控制器

４　微处理器ADuC845

ADuC845是ADI公司新推出的高性能采集与处理系统，它内部集成有两个高分辨率的Δ-∑ADC、10/8通道输入多路复用器、一个8位MCU和程序/数据闪速/电擦除存储器。

同时可提供62k字节的闪速/电擦除程序存储器，4k字节闪速/电擦除据存储器和2304字节的数据RAM.　　　　

　　ADuC845可通过一个片内锁存环PLL产生一个12.58MHz的高频时钟，以使之运行于32kHz外部晶振。

该时钟可通过一个从MCU核心时钟工作频率分离的可编程时钟发送。

片内微控制器是一个优化的单指令周期8052闪存MCU。

该MCU在保持与8051指令系统兼容的同时，具有12.58MIPS的性能。

该芯片的两个独立的ADC（主ADC和辅助ADC）由一个输入多路复用器，一个温度传感器和一个可直接测量低幅度信号的可编程增益放大器PGA组成。

主、辅ADC都采用高频“斩波”技术来提供优良的直流（DC）失调和失调漂移指标，因而非常适合用于低温漂且对噪声抑制和抗电磁干扰能力要求较高的应用场合。

　　ADuC845具有串行下载和调度模式，可通过EA引脚提供引脚竞争模式，同时支持QuickStart开发系统和低成本的软件和硬件工具。

该芯片具有52引脚塑料四方扁平封装（MQFP）和56引脚芯片级封装（CSP）。

ADuC845是高度集成的24位数据采集系统，该芯片主要由两个多通道且皆可达到24位分辨率的A/D转换器、双D/A转换器以及一个8位可编程微控制器组成，其内部功能结构如图2所法。

此外，ADuC845还内嵌一个单指令周期的8052闪存MCU，其片内独立的数据闪存可提供更加安全的非易失性读写功能。

【参考文献】

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