用單片機實現(xiàn)碾米拋光機的自動控制

1 引 言
經(jīng)過多道工序的碾制之后，稻米的谷糠已被剝?nèi)?，但米粒的表面顯得比較粗糙，為保證米的質(zhì)量和外觀，需進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完成的。通過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。拋光是在一定溫度和濕度條件下，經(jīng)過一定時間的研磨完成的。因此拋光過程中一些重要的工藝參數(shù)必須得到滿足。首先，加入水的溫度必須嚴格控制，溫度太低或太高都會使拋光后的米粒發(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)量也影響將來的儲運；加入的水量太少，拋光時的濕度太小，拋光后米粒的光潔度和致密度會達不到要求。 國產(chǎn)的中小型拋光機現(xiàn)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(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)。人工調(diào)節(jié)一方面很難保證質(zhì)量，另一方面增加了工人的勞動強度。

因此，采用先進的自動控制技術(shù)實現(xiàn)碾米拋光機控制的自動化成了拋光機廠家的迫切需要。

2 溫、濕度自動控制的原理及組成

在和廠家多次接觸的基礎(chǔ)上，了解到拋光機生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化的一些基本要求，針對廠家的一些具體要求，設(shè)計出了以89C51為核心的稻米拋光機自動控制系統(tǒng)。 (1)實現(xiàn)水溫的自動控制

水的溫度是此道工藝的一個重要參數(shù)，為實現(xiàn)溫度的自動控制，外擴了8位A／D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809。自行設(shè)計溫度傳感器和變送器，使0～100℃的水溫對應(yīng)AD0809輸人為0～5V。單片機通過采樣比較后控制加熱絲的開關(guān)，實現(xiàn)水溫的自動控制。

(2)實現(xiàn)加濕的均勻性

為保證拋光機加濕的效果，變原來的注水式加濕為霧化式加濕?，F(xiàn)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的方式實現(xiàn)，此種霧化裝置可以很容易在市場上購買到。

(3)實現(xiàn)拋光機倉內(nèi)濕度的自動控制

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，價格適中，而且比較容易安裝。傳感器輸出的標(biāo)準電壓信號送人AD0809的另一通道，單片機采樣后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過與設(shè)定的濕度值比較，進而控制加濕電磁閥的開合。控制加濕量的電磁閥有大、中、小3個，此方法的應(yīng)用避免了系統(tǒng)的復(fù)雜性，又保證了系統(tǒng)的可靠性和控制的精度。

(4)保證只有水溫達到設(shè)定值，進料門才能打開，同時霧化振動器打開 此要求是為防止水溫還沒達到設(shè)定值的情況下，向拋光機加入不符合溫度要求的水。為滿足此要求，在進料口處安裝一個電磁閥開關(guān)。開始工作，當(dāng)水溫低于設(shè)定值時，此開關(guān)閉鎖，禁止原料的進入；只有當(dāng)水溫達到設(shè)定值時，才能開此電磁開關(guān)。實際中水溫不可能嚴格等于設(shè)定值，他會在設(shè)定值附近上下波動，可以限制一定的范圍，只要溫差在限定范圍之內(nèi)，就認為達到了要求。

3 單片機系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

為降低系統(tǒng)的成本，溫度傳感器探頭采用價格便宜的熱電阻CU50，并自行設(shè)計變送器。首先經(jīng)過橋路把溫度信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電信號，此橋路輸出的電壓信號比較弱，必須進行相應(yīng)放大。本系統(tǒng)利用普通的運放組成一個輸入電阻比較高、共模抑制作用比較強的儀用測量放大器，實現(xiàn)變送器的功能，滿足了系統(tǒng)的需要。可調(diào)電阻兄可以實現(xiàn)溫度信號的調(diào)零，可調(diào)電阻Ro可以實現(xiàn)溫度信號放大倍數(shù)的調(diào)整，這2個可調(diào)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，足以滿足本系統(tǒng)的需求，無需外擴存儲器。A／D轉(zhuǎn)換器選用ADC0809，他有8路輸入通道，完全滿足本系統(tǒng)的要求。A／D轉(zhuǎn)換器與CPU采用查詢方式連接，單片機不斷采集A／D送來的數(shù)字量，進行相應(yīng)處理后送7段LED進行實時溫、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個芯片由單片機外擴一并行芯片74HC273來驅(qū)動。系統(tǒng)的設(shè)定采用4個獨立式鍵盤完成：一個是設(shè)定鍵，按此鍵系統(tǒng)進入設(shè)定模式，每按一次，在溫度和濕度兩種設(shè)定模式之間來回切換；一個是工作設(shè)定鍵，按此鍵系統(tǒng)進入工作模式；其他2個鍵實現(xiàn)加l和減1功能。加1和減l鍵只有在設(shè)定模式下才能工作，在工作模式下，按這2個鍵系統(tǒng)不響應(yīng)。系統(tǒng)另有5路開關(guān)量輸出，P1．3腳用于控制進料電磁閥，P1．4腳用于溫度控制，P1．5，P1．6，P1．7腳用于霧氣振動開關(guān)的控制。

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

CAT24C021是美國CATALYST公司的產(chǎn)品，他是集E2PROM存儲器、看門狗定時器、復(fù)位控制器3種功能為一體。他的應(yīng)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(tǒng)的可靠性。其內(nèi)置的看門狗定時器為微處理器提供了獨立的保護系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，在超時之后，復(fù)位信號便做出響應(yīng)。另外其內(nèi)部的Vcc檢測電路可使系統(tǒng)免受低電壓的影響，當(dāng)檢測到最小工作電壓時，系統(tǒng)將復(fù)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，具有簡單的2線I2C接口。他僅用1根雙向數(shù)據(jù)線SDA和1根時鐘控制線SCL即可進行數(shù)據(jù)傳送，另外作為輸入口時，該引腳上的電子跳變將復(fù)位看門狗定時器。

I2C接口技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上降低了系統(tǒng)成本及其對電路板空間的要求，本系統(tǒng)使用P1．0，P1．1實現(xiàn)他和單片機的數(shù)據(jù)傳送。

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

為進一步保證系統(tǒng)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繼電器進行隔離。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

(1)設(shè)置模塊

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

(2)采樣顯示模塊

此模塊主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和顯示。根據(jù)A／D的時序要求，啟動A／D轉(zhuǎn)換，然后查詢是否轉(zhuǎn)換完畢，接著讀取A／D的轉(zhuǎn)換結(jié)果，采集到2路數(shù)字量就是溫、濕度模擬信號的對應(yīng)值。為進一步增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對采集得到的數(shù)值進行了平滑和中值濾波處理。最后得到與實際溫濕度對應(yīng)的二進制數(shù)，通過一定的算法把二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度值和濕度值，送LED顯示。

(3)控制模塊

系統(tǒng)的另一個主要任務(wù)是實現(xiàn)溫、濕度的自動控制。開機運行時，單片機采集溫度值和設(shè)定值比較，如果不在規(guī)定范圍內(nèi)，繼續(xù)加熱；達到要求，打開料位開關(guān)和霧化振動器，進入正常運行狀態(tài)：單片機讀取24C021中的溫、濕度設(shè)定值，同時與采樣進行比較，根據(jù)比較結(jié)果進行加熱、加濕控制。
5 結(jié) 語

該系統(tǒng)已于去年用于某糧機廠拋光機的自動控制改造中，投入使用以來運行情況良好，為廠家創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益，實踐表明此系統(tǒng)的設(shè)計是成功、可靠的。