用單片機實(shí)現碾米拋光機的自動(dòng)控制

1 引 言
經(jīng)過(guò)多道工序的碾制之后，稻米的谷糠已被剝去，但米粒的表面顯得比較粗糙，為保證米的質(zhì)量和外觀(guān)，需進(jìn)行稻米加工的最后一道工序：拋光。米粒的拋光是由碾米拋光機來(lái)完成的。通過(guò)拋光可使米粒表面致密光潔，既保證了米的質(zhì)量，又改善了米粒的外觀(guān)。拋光是在一定溫度和濕度條件下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的研磨完成的。因此拋光過(guò)程中一些重要的工藝參數必須得到滿(mǎn)足。首先，加入水的溫度必須嚴格控制，溫度太低或太高都會(huì )使拋光后的米粒發(fā)黑，影響拋光的質(zhì)量；其次，加入水量的多少必須嚴格控制。加入的水量太多，拋光后的濕度太大，既影響拋光的質(zhì)量也影響將來(lái)的儲運；加入的水量太少，拋光時(shí)的濕度太小，拋光后米粒的光潔度和致密度會(huì )達不到要求。 國產(chǎn)的中小型拋光機現有的拋光方法都是采用半人工的方法：用溫度控制器控制水箱的溫度，加水量由手控調節閥來(lái)實(shí)現。人工調節一方面很難保證質(zhì)量，另一方面增加了工人的勞動(dòng)強度。

因此，采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現碾米拋光機控制的自動(dòng)化成了拋光機廠(chǎng)家的迫切需要。

2 溫、濕度自動(dòng)控制的原理及組成

在和廠(chǎng)家多次接觸的基礎上，了解到拋光機生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現自動(dòng)化的一些基本要求，針對廠(chǎng)家的一些具體要求，設計出了以89C51為核心的稻米拋光機自動(dòng)控制系統。 (1)實(shí)現水溫的自動(dòng)控制

水的溫度是此道工藝的一個(gè)重要參數，為實(shí)現溫度的自動(dòng)控制，外擴了8位A／D轉換芯片ADC0809。自行設計溫度傳感器和變送器，使0～100℃的水溫對應AD0809輸人為0～5V。單片機通過(guò)采樣比較后控制加熱絲的開(kāi)關(guān)，實(shí)現水溫的自動(dòng)控制。

(2)實(shí)現加濕的均勻性

為保證拋光機加濕的效果，變原來(lái)的注水式加濕為霧化式加濕?，F有國產(chǎn)中小型拋光機的加濕方式采用的是注水式，由于拋光機的加濕量不大，此方式很容易造成加濕的不均勻性，進(jìn)而影響拋光的質(zhì)量。采用霧化的方式注水基本上消除加濕的不均勻性，可以大大改善拋光的效果。水的霧化采用高頻振動(dòng)的方式實(shí)現，此種霧化裝置可以很容易在市場(chǎng)上購買(mǎi)到。

(3)實(shí)現拋光機倉內濕度的自動(dòng)控制

我們選用廣東風(fēng)華公司的濕度傳感器，此傳感器集傳感與變送于一體，體積和重量都很小，價(jià)格適中，而且比較容易安裝。傳感器輸出的標準電壓信號送人AD0809的另一通道，單片機采樣后轉換為數字信號，通過(guò)與設定的濕度值比較，進(jìn)而控制加濕電磁閥的開(kāi)合?？刂萍訚窳康碾姶砰y有大、中、小3個(gè)，此方法的應用避免了系統的復雜性，又保證了系統的可靠性和控制的精度。

(4)保證只有水溫達到設定值，進(jìn)料門(mén)才能打開(kāi)，同時(shí)霧化振動(dòng)器打開(kāi) 此要求是為防止水溫還沒(méi)達到設定值的情況下，向拋光機加入不符合溫度要求的水。為滿(mǎn)足此要求，在進(jìn)料口處安裝一個(gè)電磁閥開(kāi)關(guān)。開(kāi)始工作，當水溫低于設定值時(shí)，此開(kāi)關(guān)閉鎖，禁止原料的進(jìn)入；只有當水溫達到設定值時(shí)，才能開(kāi)此電磁開(kāi)關(guān)。實(shí)際中水溫不可能?chē)栏竦扔谠O定值，他會(huì )在設定值附近上下波動(dòng)，可以限制一定的范圍，只要溫差在限定范圍之內，就認為達到了要求。

3 單片機系統的硬件構成

為降低系統的成本，溫度傳感器探頭采用價(jià)格便宜的熱電阻CU50，并自行設計變送器。首先經(jīng)過(guò)橋路把溫度信號轉換為相應的模擬電信號，此橋路輸出的電壓信號比較弱，必須進(jìn)行相應放大。本系統利用普通的運放組成一個(gè)輸入電阻比較高、共模抑制作用比較強的儀用測量放大器，實(shí)現變送器的功能，滿(mǎn)足了系統的需要?？烧{電阻兄可以實(shí)現溫度信號的調零，可調電阻Ro可以實(shí)現溫度信號放大倍數的調整，這2個(gè)可調電阻用于溫度信號的校準。

單片機選用ATMEI。公司的89C51，此芯片自帶4kFlash存儲器，足以滿(mǎn)足本系統的需求，無(wú)需外擴存儲器。A／D轉換器選用ADC0809，他有8路輸入通道，完全滿(mǎn)足本系統的要求。A／D轉換器與CPU采用查詢(xún)方式連接，單片機不斷采集A／D送來(lái)的數字量，進(jìn)行相應處理后送7段LED進(jìn)行實(shí)時(shí)溫、濕度顯示。顯示電路由7段碼譯碼器4513完成LED的段選，由1413完成位選，這2個(gè)芯片由單片機外擴一并行芯片74HC273來(lái)驅動(dòng)。系統的設定采用4個(gè)獨立式鍵盤(pán)完成：一個(gè)是設定鍵，按此鍵系統進(jìn)入設定模式，每按一次，在溫度和濕度兩種設定模式之間來(lái)回切換；一個(gè)是工作設定鍵，按此鍵系統進(jìn)入工作模式；其他2個(gè)鍵實(shí)現加l和減1功能。加1和減l鍵只有在設定模式下才能工作，在工作模式下，按這2個(gè)鍵系統不響應。系統另有5路開(kāi)關(guān)量輸出，P1．3腳用于控制進(jìn)料電磁閥，P1．4腳用于溫度控制，P1．5，P1．6，P1．7腳用于霧氣振動(dòng)開(kāi)關(guān)的控制。

考慮到此單片機沒(méi)有掉電保護存儲器，在掉電和死機的情況下系統的設定值會(huì )回零，而且每次開(kāi)機都要進(jìn)行設定，比較煩瑣。為此系統外擴了1片E2PROM存儲器，我們選用12C存儲器--CAT24C021，用于存儲系統的設定值。

CAT24C021是美國CATALYST公司的產(chǎn)品，他是集E2PROM存儲器、看門(mén)狗定時(shí)器、復位控制器3種功能為一體。他的應用，一方面提供了掉電保護存儲器；另一方面大大增加了系統的可靠性。其內置的看門(mén)狗定時(shí)器為微處理器提供了獨立的保護系統，一旦系統出現故障，在超時(shí)之后，復位信號便做出響應。另外其內部的Vcc檢測電路可使系統免受低電壓的影響，當檢測到最小工作電壓時(shí)，系統將復位，直到Vcc返回到正常值為止。其存儲器部分采用的是256B串行的E2PROM，具有簡(jiǎn)單的2線(xiàn)I2C接口。他僅用1根雙向數據線(xiàn)SDA和1根時(shí)鐘控制線(xiàn)SCL即可進(jìn)行數據傳送，另外作為輸入口時(shí)，該引腳上的電子跳變將復位看門(mén)狗定時(shí)器。

I2C接口技術(shù)的應用，在很大程度上降低了系統成本及其對電路板空間的要求，本系統使用P1．0，P1．1實(shí)現他和單片機的數據傳送。

24C021的寫(xiě)保護引腳WP接單片機的P3．0，WP為高電平時(shí)，E2PROM處于寫(xiě)保護(只讀)狀態(tài)；為低電平時(shí)，單片機可以對E2PROM實(shí)行改寫(xiě)操作。

為進(jìn)一步保證系統的可靠性，在單片機的輸出端口和強電接觸器之間采用光電隔離器和12V繼電器進(jìn)行隔離。

4 系統的軟件設計

(1)設置模塊

單片機首先讀取鍵盤(pán)的溫濕度設定值然后存人24C021。本模塊主要包括鍵值讀人、軟件延時(shí)消抖子程序和I2C讀寫(xiě)子程序。

(2)采樣顯示模塊

此模塊主要實(shí)現數據采集和顯示。根據A／D的時(shí)序要求，啟動(dòng)A／D轉換，然后查詢(xún)是否轉換完畢，接著(zhù)讀取A／D的轉換結果，采集到2路數字量就是溫、濕度模擬信號的對應值。為進(jìn)一步增加系統的穩定性，對采集得到的數值進(jìn)行了平滑和中值濾波處理。最后得到與實(shí)際溫濕度對應的二進(jìn)制數，通過(guò)一定的算法把二進(jìn)制數據轉換為相應的溫度值和濕度值，送LED顯示。

(3)控制模塊

系統的另一個(gè)主要任務(wù)是實(shí)現溫、濕度的自動(dòng)控制。開(kāi)機運行時(shí)，單片機采集溫度值和設定值比較，如果不在規定范圍內，繼續加熱；達到要求，打開(kāi)料位開(kāi)關(guān)和霧化振動(dòng)器，進(jìn)入正常運行狀態(tài)：?jiǎn)纹瑱C讀取24C021中的溫、濕度設定值，同時(shí)與采樣進(jìn)行比較，根據比較結果進(jìn)行加熱、加濕控制。
5 結 語(yǔ)

該系統已于去年用于某糧機廠(chǎng)拋光機的自動(dòng)控制改造中，投入使用以來(lái)運行情況良好，為廠(chǎng)家創(chuàng )造了一定的經(jīng)濟效益，實(shí)踐表明此系統的設計是成功、可靠的。