AT80C52单片机温差控制系统在太阳能辅助热源密集烤烟房上的应用

时间：2024-05-22

李绚阳，兰青，季旭，夏朝凤　(云南师范大学太阳能研究所，云南昆明 650092)

李绚阳，兰青*，季旭，夏朝凤(云南师范大学太阳能研究所，云南昆明 650092)

摘要该温差控制系统以AT80C52单片机为控制单元，利用DS18B20温度传感器监测太阳能辅助热源密集烤烟房的集热器内温度和装烟室内温度，并通过比较两者之间的温度实现当集热器内的温度比装烟室的温度高15 ℃时，风机工作、电动风阀打开，集热器向装烟室供热；当两者之间的温差下降到小于8 ℃时，风机停止工作、电动风阀关闭。

关键词单片机；温差控制；太阳能

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

目前我国已是世界上烤烟生产量最大的国家，年产原烟230×104t以上。每烤出1 kg原烟需用煤2 kg左右，全年烟叶烘烤耗煤量达460×104t左右[1]。烟叶烘烤耗煤量大、成本高，而且煤燃烧后会释放大量的CO2、CO、SO2、NOX和烟尘等有害有毒物质，造成环境污染。因此，烟叶烘烤时如何降低煤耗、节省成本及减少环境污染已成为亟待解决的主要问题。而太阳能是一种最清洁的、潜力巨大的可再生能源，到达地球表面的太阳辐射高达8.5×1010kW[2]，利用太阳能辅助热源可有效降低烟叶烘烤时的煤耗、节省成本及减少环境污染。太阳能辅助热源密集烤烟房就是这种装置。它是在普通密集烤烟房屋顶加装了太阳能集热器，太阳能集热器可以将太阳能转化为空气热能，这部分热能通过管道通入装烟室可以大量减少燃煤的用量。而集热器的温差控制系统则是控制集热器产生的热量通入装烟室的核心部分，如果没有合理的控制系统将会造成热能的浪费。因此，该研究以AT80C52单片机为控制单元，以DS18B20为温度传感器，设计出一种温差控制系统，以期能够很好地实现烤烟房供热的自动控制，使集热器产生的热能能最大程度地被利用。

1系统概述

1.1太阳能辅助热源密集烤烟房集热器工作原理由图1可知，集热器通过吸热板产生热量，经送风管通过风机将产生的热量送入加热室，然后这部分热量和加热室内火炉产生的热量通过循环风机一并送入装烟室。AT80C52单片机组成的温差控制系统通过放置在集热器内和装烟室内的两个温度探头判断比较集热器内和装烟室内温差的大小来控制风机、电动风阀的开启和关闭。向AT80C52单片机写入程序可以实现，当集热器内的温度比装烟室内的温度高15 ℃时，送风管和回风管里的两个电动风阀开启，同时送风管内的风机开启；当温差下降到小于8 ℃时，两个自动控制风阀关闭、风机停止工作。

1.2控制系统构成控制系统装置由温度传感器、单片机、继电器、交流接触器、电动风阀和风机等组成(图2)。

1.2.1AT80C52单片机。温差控制系统的单片机选用AT80C52，AT80C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，属于AT80C51增强型单片机版本，更适用于电机控制等场合。AT80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM(是AT80C51的2倍)、8 k片内程序存储器ROM(是AT80C51的2倍)，32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，AT80C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。AT80C52片内有 ROM，无须外接外存储器，更能体现“单片”的简练[3]。

1.2.2温度传感器。温差控制系统的温度传感器选用DALLAS半导体公司生产的DS18B20，它属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，具有体积小，接口方便等特点[4]。它采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其他I/O口线与微机接口，不需外接AD转换器，直接输入被测温度值(9为二进制数，含符号位)，测温范围为-55~+125 ℃(集热器内空气最高温度为120 ℃，装烟室内最高温度为70 ℃)。

1.2.3继电器。温差控制系统的继电器选用固特牌小功率单相交流固态继电器，采用国际上SSR最新设计线路，输入采用直流控制型式，输出端由双向可控硅交流开关组成，内置瞬态TVS保护和高I2T技术，有效保护过压过流，交流过零通断[5]。采用国际顶尖品牌元器件，光电隔离，双硅增强输出或单硅反并联增强输出，开关型式分为过零导通型和随机导通型。

1.2.4交流接触器。交流接触器的工作原理与继电器一样，都是通过电磁线圈通断电控制触头动作[6]，继电器只能直接接小功率负载，如果接大功率负载就会使触点被击穿，而交流接触器可以接大功率交流负载。因为温差控制系统的负载是两个电动风阀和风机，功率比较大，同时为了不影响单片机的正常工作要进行光电隔离，所以采取继电器接交流接触器，交流接触器再接负载的接线方法。

2硬件结构设计

2.1温差控制系统的硬件电路温差控制系统主要由传感器、复位电路、单片机最小控制系统、执行部件等几部分组成，其中AT80C52单片机是该系统的核心部件(图3)。

(1)由于系统需要实时采集集热器内和装烟室内的温度，所以分别在集热器内和装烟室内安装了2个DS18B20温度传感器(图2中的U2和U3)，单片机通过DS18B20采集到的温度信号对执行部件进行控制。温度传感器的电源由可调基准电压源TL431提供，该电压源具有随温度和时间的变化维持基准电压稳定的能力。

(2)AT80C52片内有8KB的ROM/EPROM，因此，只需要外接晶体振荡器和复位电路就可以构成最小系统。按键模块对预设温差进行加减(P1.4和P1.6接口)，从而设定温差的上限和下限。

(3)AT80C52不能直接驱动继电器，需接一个放大电路。二极管D1、D2，三极管Q2，电阻R3组成放大电路。由于控制端是220 V的强电，因此继电器直接接负载的话，很容易造成单片机的复位和继电器触点的损坏，所以该系统的控制思路是：单片机给继电器一个控制信号，把继电器当一个开关使用，然后接交流接触器，最后交流接触器再接负载。3个负载并联连接。负载分别为风机、和2个电动风阀(带有弹簧复位，断电后阀门自动复位)。

3系统软件设计

软件是控制系统的灵魂，需要与硬件配合，将实时采集的数据与设定值进行比较判断来控制风机和电动风阀。考虑到不同需求，温差上限和温差上限可以通过按键来设置和修改，该系统的温差上限为15 ℃，温差下限为8 ℃。同时，

为最大限度的利用太阳能，设计出以下程序思想，程序采用C语言进行编写。程序流程如图4所示。

4结论

(1)该系统已在太阳能辅助热源密集烤烟房中投入使用，通过AT80C52单片机智能控制，采用温差控制系统充分利用太阳能加热，给烤房节约了大量煤炭资源。

(2)该系统运行稳定、抗干扰能力强、执行精度高，保证了风阀在温差降到设定下限以下后及时关闭，减少烤房通过送风管和回风管损耗的热量。

(3)该系统控制程序简单，简化了一些不必要的控制流程，缩短了负载执行命令的时间。

参考文献

[1] 郭全伟，侯跃亮，宗树林，等.密集烤房在烘烤实践中的应用[J].中国烟草科学，2005，3(2):15-16.

[2] 王君一，徐任学，孙喆，等.农村太阳能实用技术[M].北京:金盾出版社，1997.

[3] 李刚民，曹巧媛，曹琳琳.单片机原理及实用技术[M].北京:高等教育出版社，2005.

[4] 韩兴国，苏庆勇，王为庆.基于STC89C52单片机的智能风扇控制系统设计[J].装备制造技术，2013，1(3)：52-54.