基于单片机的中小型粮食干燥机控制系统的研制1
宋黎光，毛志怀，李栋
（中国农业大学工学院100083）
songlg@
摘 要: 针对我国农业生产的现状，普通农户生产的粮食的干燥具有农时性强、小批量多批次的特点，研制了5HPN-3M型中小型粮食干燥机。
本文论述了该机的结构和工作原理,阐明了基于AT89C51单片机的控制系统的硬件结构,给出了相应的软件流程图。
关键词: 中小型干燥机 研制 单片机 温度控制
1 前言
粮食的干燥是农业生产中的一个重要环节。
目前，我国中小农户所收获粮食的干燥主要依靠自然晾晒，而大型烘干机对他们来说成本较高，一时难以负担。
针对这种情况，中国农业大学课题组研制了5HPN-3M型中小型粮食干燥机。
该型机具有结构紧凑、运输安装方便、烘干效率高的优点，对场地没有特殊要求，能够在田间地头现场作业，且一次性投资小，非常适合于普通农户或村集体使用。
本干燥机控制系统选用ATMEL公司AT89C51单片机为控制核心，智能化程度高，操作方便，能够根据需要设定烘干所需热风的温度，保证谷物的烘干质量。
2 干燥机的结构及工作原理
2．1 干燥机的结构
5HPN-3M型烘干机的结构如图1所示，主要由热风系统、烘干仓和卸粮系统组成。
柴油燃烧器、鼓风机和热风炉组成间接加热热风系统,负责提供干燥所需热风。
圆形烘干仓内一定高度上置有透风板，待烘粮食堆放其上，热空气穿过透风板进入谷层，对粮食进行烘干。
卸粮系统由扫仓搅龙、水平搅龙和提升搅龙组成。
扫仓搅龙将谷物输送到粮仓中部，漏入水平搅龙，再由水平搅龙送至提升搅龙底部，后者将粮食提升。
2．2 干燥机的工作原理
控制系统实时检测干燥仓入口热风温度和仓内粮食温度，将采集的风温与给定温度进行比较，其偏差作为控制信号来决定燃烧器的启闭，使风温保持在适当的范围之内。
当仓内粮温达到出粮温度时，首先启动水平搅龙和提升搅龙，然后启动扫仓搅龙，将烘好的粮食出仓，并提升装袋或装车；当仓内粮温低于预设的下限时，顺序关闭扫仓搅龙、水平搅龙和提升搅
1农业科技成果转化资金资助项目（项目编号02EFN216901239）
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龙。
若热风温度或者粮食温度达到其上限，系统会切断热源并发出报警信号。
图1 烘干机结构简图
1－燃烧器 2－鼓风机 3－热风炉 4－透风板
5－圆形烘干仓 6－热风室 7－扫仓搅龙 8－水平搅龙 9－提升搅龙
3 控制系统硬件结构
本干燥机控制系统硬件结构框图如图2所示。
图2 单片机系统框图
3.1主控部分
考虑性价比和本控制系统的实际需要，采用与80C51完全兼容的AT89C51单片机为控制
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核心，片内集成4KB的Flash可编程、可擦除只读存储器，改写单片机内部的程序很方便。
本系统无须扩展外部程序存储器。
为了断电时系统能够保存设置的温度数据，片外扩展一片带有4K位电可擦除只读存储器EEPROM的精密电源电压监控器PS2145。
该器件把三种常用的功能——看门狗定时、电源电压监视和串行EEPROM组合在单个封装之内，降低了系统成本，减少了对电路板空间的要求，并增加了可靠性。
PS2145与8051的连接见图3所示。
图3 PS2145与8051连接图
3.2 数据采集
温度采集装置选用JWB型一体化温度变送器，温度测量范围0~100℃，准确度为±0.5%FS，变送输出4～20mA电流，安装方便。
精密电流/电压变换器RCV420将传感器送来的4～20 mA环路电流变换成0～5V的电压送至AD7888。
AD7888是高速低功耗8通道12位串行A/D转换器，其最大通过率为125kb/s。
3.3 功率接口
功率接口采用八路光电隔离继电器输出。
固态继电器将双向可控硅和光电耦合驱动封装在一个密封块中，这种无触点开关可以消除通用型继电器线圈通断时触点产生的电火花。
为降低交流接触器触头电弧对整个微机控制系统的影响,可在线路上配置吸收电容器,增加电源滤波效果,提高单片机系统运行的可靠性。
3.4 控制面板及其操作
本系统使用键盘/显示芯片8279扩展4×3共12个按键和6位LED显示器。
控制面板布置如图4所示，由数码管显示区、工作方式区、温度设置区和启闭按键区组成。
入口风温和仓内粮温由3×2共6位LED数码管显示器显示，在系统进行温度设置操作时，显示设置的温度数据；工作方式区由M键和3个分别指示手动、自动和点动的发光二极管组成；温度设置区由设置键S、加键▲、减键▼和5个分别指示风温上限、风温下限、粮温上限、出粮温度、粮温下限的发光二极管组成；启闭按键区由风机FJ键、燃烧器RS 键、提升搅龙TS键、水平搅龙SP键、扫仓SC键和复位RST键共6个按键及相应的指示
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灯组成。
系统开机上电复位后，初始工作方式置为手动，按M键可循环选择手动、自动、点动3种工作方式。
设置数据时，按下S键依次选择风上、风下、粮上、粮出、粮下5种量标，并有相应的指示灯指示，按加减键将待设参数调整到合适的数值，程序自动将其写入片外EEPROM中。
FJ、RS、TS、SP和SC键5个启闭按键，在手动工作方式时，FJ键和RS键连锁，TS键、SP键和SC键连锁，即开机时必须按照从左到右的顺序，关机时必须按照从右到左的顺序，误操作时机器将不会响应；在点动工作方式时，所有的键都不连锁；在自动工作方式时，这5个键将不起控制作用。
图4 控制面板布局图
4. 控制系统软件设计
本系统软件采用模块化结构设计，主要包括主程序、参数采集、A/D转换、键盘、显示等功能模块。
主程序流程图如图5所示。
为了消除外界对采样系统的干扰，采用平均值滤波法处理采样数据，速度快，计算方便，占用内存很小。
本系统采用矩阵式键盘，应用中断方式进行识别，有利于提高CPU的工作效率。
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图5 主程序流程图
5 结束语
本干燥机控制系统采用单片机控制整个粮食干燥过程，应用了新型的电子元器件和控制部件，系统集成度高，抗干扰性好，实现了产品的小型化、智能化和多功能化。
本系统实现了对风温和粮温的采样、处理及控制，粮食能够自动出仓，且可以方便的修改运行参数。
经现场调试、运行表明，该系统操作简单，运行稳定，设备投资小，在广大农村地区具有较大的推广价值。
参 考 文 献
[1] 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1990
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[3] 杨振江等.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001
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Development of the Control System of Small Grain Drier
Based on Microcontroller
Song Liguang , Mao Zhihuai, Li Dong
College of Engineering, China Agricultural University, Beijing, PRC, 100083 Abstract: In china, the drying of the grain of petty farmer mostly depends on solarization. The amount of Chinese farmer is large, however, the output of each farmer is low. According to that, a small grain drier, 5HPN-3M type, was developed. This paper describes the structure and working principle of this machine, illustrates the hardware structure and the corresponding software flow chart of the control system based on microcontroller.
Keywords: small grain drier; development; microcontroller; temperature control
作者简介：
宋黎光，男，1977年生，硕士研究生，主要研究方向是现代农业装备技术；
毛志怀，男，1954年生，博士，教授，博士生导师，主要研究方向是现代农业装备技术、生物材料工程技术以及农产品干燥技术。
李栋，男，1973 年生，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向是生物材料工程技术、农产品干燥技术、以及现代农业装备技术；
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