AT80C52單片機溫差控制系統在太陽能輔助熱源密集烤煙房上的應用

李絢陽， 蘭 青， 季 旭， 夏朝鳳　(云南師范大學太陽能研究所，云南昆明 650092)

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AT80C52單片機溫差控制系統在太陽能輔助熱源密集烤煙房上的應用

李絢陽， 蘭 青*， 季 旭， 夏朝鳳(云南師范大學太陽能研究所，云南昆明 650092)

摘要該溫差控制系統以AT80C52單片機為控制單元，利用DS18B20溫度傳感器監測太陽能輔助熱源密集烤煙房的集熱器內溫度和裝煙室內溫度，并通過比較兩者之間的溫度實現當集熱器內的溫度比裝煙室的溫度高15 ℃時，風機工作、電動風閥打開，集熱器向裝煙室供熱；當兩者之間的溫差下降到小于8 ℃時，風機停止工作、電動風閥關閉。

關鍵詞單片機；溫差控制；太陽能

Temperature Control in Solar Thermal Collector Installed in Solar Energy Auxiliary Heat Source Bulk Curing Barn Based on AT80C52

LI Xu-yang, LAN Qing*, JI Xu et al (Solar Energy Research Institute, Yunnan Normal University, Kunming, Yunnan 650092)

Abstract With AT80C52 microcontroller as the control unit, the use of DS18B20 sensor to monitor the temperature inside the solar thermal collector and curing barn, and through the comparison of them, when the temperature inside the collector is 15 ℃ higher than the curing barn, the fan and blast gate begin to work; when the temperature difference drop below 8 ℃, the fan and blast gate shut up.

Key words Microcontroller; Temperature control; Solar energy

目前我國已是世界上烤煙生產量最大的國家，年產原煙230×104t以上。每烤出1 kg原煙需用煤2 kg左右，全年煙葉烘烤耗煤量達460×104t左右[1]。煙葉烘烤耗煤量大、成本高，而且煤燃燒后會釋放大量的CO2、CO、SO2、NOX和煙塵等有害有毒物質，造成環境污染。因此，煙葉烘烤時如何降低煤耗、節省成本及減少環境污染已成為亟待解決的主要問題。而太陽能是一種最清潔的、潛力巨大的可再生能源，到達地球表面的太陽輻射高達8.5×1010kW[2]，利用太陽能輔助熱源可有效降低煙葉烘烤時的煤耗、節省成本及減少環境污染。太陽能輔助熱源密集烤煙房就是這種裝置。它是在普通密集烤煙房屋頂加裝了太陽能集熱器，太陽能集熱器可以將太陽能轉化為空氣熱能，這部分熱能通過管道通入裝煙室可以大量減少燃煤的用量。而集熱器的溫差控制系統則是控制集熱器產生的熱量通入裝煙室的核心部分，如果沒有合理的控制系統將會造成熱能的浪費。因此，該研究以AT80C52單片機為控制單元，以DS18B20為溫度傳感器，設計出一種溫差控制系統，以期能夠很好地實現烤煙房供熱的自動控制，使集熱器產生的熱能能最大程度地被利用。

1系統概述

1.1太陽能輔助熱源密集烤煙房集熱器工作原理由圖1可知，集熱器通過吸熱板產生熱量，經送風管通過風機將產生的熱量送入加熱室，然后這部分熱量和加熱室內火爐產生的熱量通過循環風機一并送入裝煙室。AT80C52單片機組成的溫差控制系統通過放置在集熱器內和裝煙室內的兩個溫度探頭判斷比較集熱器內和裝煙室內溫差的大小來控制風機、電動風閥的開啟和關閉。向AT80C52單片機寫入程序可以實現，當集熱器內的溫度比裝煙室內的溫度高15 ℃時，送風管和回風管里的兩個電動風閥開啟，同時送風管內的風機開啟；當溫差下降到小于8 ℃時，兩個自動控制風閥關閉、風機停止工作。

1.2控制系統構成控制系統裝置由溫度傳感器、單片機、繼電器、交流接觸器、電動風閥和風機等組成(圖2)。

1.2.1AT80C52單片機。溫差控制系統的單片機選用AT80C52，AT80C52是INTEL公司MCS-51系列單片機中基本的產品，屬于AT80C51增強型單片機版本，更適用于電機控制等場合。AT80C52內置8位中央處理單元、256字節內部數據存儲器RAM(是AT80C51的2倍)、8 k片內程序存儲器ROM(是AT80C51的2倍)，32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路。此外，AT80C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統維持其功能。掉電模式下，保存RAM數據，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內其它功能。AT80C52片內有 ROM，無須外接外存儲器，更能體現“單片”的簡練[3]。

1.2.2溫度傳感器。溫差控制系統的溫度傳感器選用DALLAS半導體公司生產的DS18B20，它屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，具有體積小，接口方便等特點[4]。它采用單總線專用技術，既可通過串行口線，也可通過其他I/O口線與微機接口，不需外接AD轉換器，直接輸入被測溫度值(9為二進制數，含符號位)，測溫范圍為-55~+125 ℃(集熱器內空氣最高溫度為120 ℃，裝煙室內最高溫度為70 ℃)。

1.2.3繼電器。溫差控制系統的繼電器選用固特牌小功率單相交流固態繼電器，采用國際上SSR最新設計線路，輸入采用直流控制型式，輸出端由雙向可控硅交流開關組成，內置瞬態TVS保護和高I2T技術，有效保護過壓過流，交流過零通斷[5]。采用國際頂尖品牌元器件，光電隔離，雙硅增強輸出或單硅反并聯增強輸出，開關型式分為過零導通型和隨機導通型。

1.2.4交流接觸器。交流接觸器的工作原理與繼電器一樣，都是通過電磁線圈通斷電控制觸頭動作[6]，繼電器只能直接接小功率負載，如果接大功率負載就會使觸點被擊穿，而交流接觸器可以接大功率交流負載。因為溫差控制系統的負載是兩個電動風閥和風機，功率比較大，同時為了不影響單片機的正常工作要進行光電隔離，所以采取繼電器接交流接觸器，交流接觸器再接負載的接線方法。

2硬件結構設計

2.1溫差控制系統的硬件電路溫差控制系統主要由傳感器、復位電路、單片機最小控制系統、執行部件等幾部分組成，其中AT80C52單片機是該系統的核心部件(圖3)。

(1)由于系統需要實時采集集熱器內和裝煙室內的溫度，所以分別在集熱器內和裝煙室內安裝了2個DS18B20溫度傳感器(圖2中的U2和U3)，單片機通過DS18B20采集到的溫度信號對執行部件進行控制。溫度傳感器的電源由可調基準電壓源TL431提供，該電壓源具有隨溫度和時間的變化維持基準電壓穩定的能力。

(2)AT80C52片內有8KB的ROM/EPROM，因此，只需要外接晶體振蕩器和復位電路就可以構成最小系統。按鍵模塊對預設溫差進行加減(P1.4和P1.6接口)，從而設定溫差的上限和下限。

(3)AT80C52不能直接驅動繼電器，需接一個放大電路。二極管D1、D2，三極管Q2，電阻R3組成放大電路。由于控制端是220 V的強電，因此繼電器直接接負載的話，很容易造成單片機的復位和繼電器觸點的損壞，所以該系統的控制思路是：單片機給繼電器一個控制信號，把繼電器當一個開關使用，然后接交流接觸器，最后交流接觸器再接負載。3個負載并聯連接。負載分別為風機、和2個電動風閥(帶有彈簧復位，斷電后閥門自動復位)。

3系統軟件設計

軟件是控制系統的靈魂，需要與硬件配合，將實時采集的數據與設定值進行比較判斷來控制風機和電動風閥?？紤]到不同需求，溫差上限和溫差上限可以通過按鍵來設置和修改，該系統的溫差上限為15 ℃，溫差下限為8 ℃。同時，

為最大限度的利用太陽能，設計出以下程序思想，程序采用C語言進行編寫。程序流程如圖4所示。

4結論

(1)該系統已在太陽能輔助熱源密集烤煙房中投入使用，通過AT80C52單片機智能控制，采用溫差控制系統充分利用太陽能加熱，給烤房節約了大量煤炭資源。

(2)該系統運行穩定、抗干擾能力強、執行精度高，保證了風閥在溫差降到設定下限以下后及時關閉，減少烤房通過送風管和回風管損耗的熱量。

(3)該系統控制程序簡單，簡化了一些不必要的控制流程，縮短了負載執行命令的時間。

參考文獻

[1] 郭全偉，侯躍亮，宗樹林，等.密集烤房在烘烤實踐中的應用[J].中國煙草科學，2005，3(2):15-16.

[2] 王君一，徐任學，孫喆，等.農村太陽能實用技術[M].北京:金盾出版社，1997.

[3] 李剛民，曹巧媛，曹琳琳.單片機原理及實用技術[M].北京:高等教育出版社，2005.

[4] 韓興國，蘇慶勇，王為慶.基于STC89C52單片機的智能風扇控制系統設計[J].裝備制造技術，2013，1(3)：52-54.

[5] 薛世華．單片機溫度控制的電路設計報告[D]．合肥：合肥工業大學，2010.

[6] 張連毅.交流接觸器的智能化研究進展[J].上海電機學院學報，2009，12(1):15-17.

收稿日期2015-10-16

作者簡介李絢陽(1990- )，男，河南許昌人，碩士，從事太陽能熱利用以及熱泵干燥方面的研究。*通訊作者，副教授，博士，從事太陽能熱利用以及熱泵干燥方面的研究。

基金項目云南省科技計劃資助項目(2010ZC076)。

中圖分類號S 214

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)33-342-02