基于單片機(jī)的木材干燥室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)講解

1、黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的木材干燥室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱 ：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級(jí) ：學(xué)生姓名 ：指導(dǎo)教師 ：職稱：講師黑 龍 江 工 程 學(xué) 院二一三年六月黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)The Graduation Design for Bachelors DegreeWood Drying Chamber Control SystemDesign Based on SCMCandidate：Specialty：Mechanical Design &Manufacturing and AutomationClass：Supervisor：Heilongjiang I

2、nstitute of Technology2013-06Harbin黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄摘要 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。Abstract . 錯(cuò)誤！未定義書簽。第 1 章 緒論 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.1 課題研究的目的和意義. 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .11.2.1木材干燥室國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀. 11.2.2木材干燥室國外發(fā)展現(xiàn)狀.錯(cuò)誤！未定義書簽。1.3木材干燥技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及分析. 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.3.1提高蒸汽干燥的能源利用率即熱效率 .錯(cuò)誤！未定義書簽。1.3.2加強(qiáng)對(duì)節(jié)能型和環(huán)保型木材干燥技術(shù)的開發(fā)利用. 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.3.3計(jì)算機(jī)技術(shù)在木材干燥技

3、術(shù)中的應(yīng)用 .錯(cuò)誤！未定義書簽。1.3.4設(shè)備的智能化、集約化 .錯(cuò)誤！未定義書簽。第 2 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì). 錯(cuò)誤！未定義書簽。2.1 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 .錯(cuò)誤！未定義書簽。2.2功能要求 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 .錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.1高可靠性 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.2操作維護(hù)方便 .52.3.3高性價(jià)比 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。2.4設(shè)計(jì)思路 .錯(cuò)誤！未定義書簽。2.5主要器件選型 .錯(cuò)誤！未定義書簽。2.5.1單片機(jī)主芯片選擇方案 .錯(cuò)誤！未定義書簽。2.5.2 顯示器選擇方案2.5.3 傳感器選擇方案.892.6 總體方案設(shè)計(jì)102.7 本章小結(jié)

4、10第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)113.1 單片機(jī)主芯片電路11黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)3.1.1單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 .113.1.2單片機(jī)類型 .123.1.3AT89C51 單片機(jī)介紹 .133.1.4時(shí)鐘電路 .163.1.5復(fù)位電路 .163.2溫濕度采樣電路 .173.2.1溫濕度傳感器介紹 .173.2.2 SHT11 工作原理 .193.3 LCD 液晶顯示電路 .203.4聲光報(bào)警電路與按鍵電路 .213.4.1聲光報(bào)警電路 .213.4.2蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 .213.4.3 按鍵電路 .223.5溫濕度控制執(zhí)行電路 .233.5.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成 .233.5.2功率驅(qū)動(dòng)電路 .2

5、33.5.3加熱 /加濕 /風(fēng)干 /降溫開關(guān)電路設(shè)計(jì) .243.6本章小結(jié) .25第 4 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .264.1主程序模塊 .264.2液晶程序模塊 .274.3溫濕度控制執(zhí)行模塊 .284.4本章小結(jié) .30結(jié)論 .31參考文獻(xiàn) .32致謝 .34黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要本文介紹了利用 AT89C51 單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)木材干燥室的溫濕度控制系統(tǒng)。 其中主要研究了如何選擇溫濕度傳感器， 液晶顯示裝置，運(yùn)用了 ATMEL89C51 單片機(jī)進(jìn)行控制，完成了智能化的要求。其中單片機(jī)主芯片采用 ATMEL89C51 ，對(duì)干燥室內(nèi)的溫濕度進(jìn)行檢測(cè)及控制并實(shí)時(shí)顯示。其中溫濕度傳感器采用 SH

6、T11 數(shù)字式溫濕度傳感器，通過 ATMEL89C51 單片機(jī)的處理把溫濕度值顯示在 LCD1602 液晶上。并實(shí)時(shí)判斷溫濕度值是否滿足設(shè)定的溫濕度范圍，若超出設(shè)定范圍，通過 AT89C51 啟動(dòng)溫濕度控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行加熱降溫加濕風(fēng)干動(dòng)作達(dá)到恒溫恒濕的目的。文中還著重介紹了硬件設(shè)計(jì)部分，在這里采用電路化結(jié)構(gòu)， 主要電路有：單片機(jī)主芯片電路、 溫濕度采樣電路、 LCD 液晶顯示電路、聲光報(bào)警電路與按鍵設(shè)定電路、 溫濕度控制執(zhí)行電路。 在整個(gè)系統(tǒng)中采用了 SHT11 的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式技術(shù)，單片機(jī)采用 C 語言編程。關(guān)鍵詞：木材干燥室；溫濕度傳感器； ATMEL89C51 單片機(jī)； LCD160

7、2；單片全校準(zhǔn)數(shù)字式技術(shù)I黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)ABSTRACTThis paper describes the use of AT89C51 microcontroller design a timber drying chamber temperature and humidity control system.The main study how to select the temperature and humidity sensors,liquid crystal display device using the ATMEL89C51 MCU control,intellige

8、nt completion requirements.The microcontroller main chip ATMEL89C51,the drying chamber temperature and humidity detection and control,and real-time display.Where temperature and humidity sensor SHT11 digital temperature and humidity sensors,microcontroller via ATMEL89C51 processing temperature and h

9、umidity values displayed on the LCD1602 LCD on.And real-time temperature and humidity values determine whether to meet the set temperature and humidity ranges in excess of the set range,temperatureand humidity control through AT89C51 start implementing agency,the Executive heated humidification cool

10、ing dry operation to achieve the purpose of constant temperature and humidity.The paper also highlights the software design,where the modular structure,the main modules are:LCD1602 display program,key setup process,temperatureand humidity signal handler,relay control procedures,ultra community alarm

11、 program.Throughout the system uses a single-chip fully calibrated SHT11 digital technology,microcontroller using C programming language.Keywords: Timber drying chamber; Temperature and Humidity sensor; ATMEL89C51 microcontroller; LCD1602; Monolithic fully calibrated digital technologyII黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)

12、設(shè)計(jì)第 1 章 緒論1.1 課題研究的目的和意義木材是一種國民經(jīng)濟(jì)不可或缺的資源，但其利用率確實(shí)非常低， 而且由于使用不當(dāng)，可能對(duì)長久的使用不利。 就如可能因?yàn)闈衲静臎]有及時(shí)干燥，而導(dǎo)致將來可能變形， 抗震性變差等不利因素。 而且木材干燥后， 使木材的優(yōu)異特征得到充分體現(xiàn)，對(duì)將來的再處理，如加工，使用，運(yùn)輸和保存都有重大的意義，是木材加工過程不可或缺的必然工序，是保證木材質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)， 是高效利用木材的重要技術(shù)。在保證木材質(zhì)量的前提下， 對(duì)木材進(jìn)行合理的處理， 以提高其利用率。 概括起來主要有以下幾個(gè)方面：1防止木材變形和開裂 ;木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以下范圍內(nèi)變化時(shí)，木材就會(huì)發(fā)生干縮和濕脹

13、。 干縮或濕脹不均勻， 以及干燥不均勻， 就會(huì)引起木材變形或開裂。如將木材含水率干燥到與使用環(huán)境相適應(yīng)的程度， 就能保持木材形狀的穩(wěn)定性，經(jīng)久耐用，否則就會(huì)很快報(bào)廢。2提高木材的力學(xué)強(qiáng)度，改善木材的物理性能 ;含水率低于纖維飽和點(diǎn)時(shí)，木材的力學(xué)強(qiáng)度隨著含水率的降低而增高，反之降低。3預(yù)防木材腐朽變質(zhì) ;當(dāng)木材含水率降低到 23-21P,或商于 100 150時(shí)，可以免除木腐菌和昆蟲的危害。因?yàn)榫?、蟲的寄生需要溫度、濕度、空氣和養(yǎng)料四個(gè)條件，缺一不可。木材干燥時(shí)一般都將含水率降低到20以下，破壞了菌、蟲的寄生條件，增加了木材的抗腐蝕性能，確保了木材的固有特性。4減輕木材的重量 ;經(jīng)過室干的木材，

14、重量一般約可減輕 30 一 40。如在林區(qū)將原木就近制材，并將鋸材干燥到運(yùn)輸含水率 (20)，而后外運(yùn)，將會(huì)節(jié)約大量的運(yùn)輸力。 同時(shí)可以防止木材在運(yùn)輸途中遭到菌蟲的危害，保證木材的質(zhì)量和供應(yīng)。綜上所述，木材干燥是合理利用木材、節(jié)約木材的重要技術(shù)措施， 是木材加工生產(chǎn)中一道不可缺少的重要工序，是木材 “精、深”加工過程中至關(guān)重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，木材干燥對(duì)社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的繁榮都具有重要意義。1.2 木材干燥室國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 木材干燥室國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國木材干燥業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮蟆?jù)有關(guān)專家估計(jì)， 我國現(xiàn)有設(shè)備年干燥能1黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)力約 400 萬立方米材，只占 2000

15、年需干燥鋸材的 17%左右，而中等發(fā)達(dá)國家的干燥設(shè)備能力，可達(dá)所需干燥量的 30%，美國則高達(dá) 60%。這說明我國干燥設(shè)備的能力與發(fā)達(dá)國家、 中等發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn)， 同時(shí)也說明我國木材干燥工業(yè)的發(fā)展?jié)摿艽蟆?國產(chǎn)干燥設(shè)備尚有不足之處。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 我國具有一定生產(chǎn)規(guī)模的，能生產(chǎn)各類干燥設(shè)備的生產(chǎn)廠家約 20 多個(gè)，產(chǎn)品質(zhì)量能基本滿足生產(chǎn)要求，可替代進(jìn)口產(chǎn)品， 而且某些性能指標(biāo)已達(dá)國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。 現(xiàn)階段，我國生產(chǎn)的木材干燥設(shè)備與國外的先進(jìn)設(shè)備相比，主要差距在于： (1)檢測(cè)與控制系統(tǒng)的精度差、可靠性差； (2)加工粗糙、造型不夠精美； (3)蒸汽閥、疏水器等分部件質(zhì)量差。 以上這

16、些問題， 如果上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、 行業(yè)協(xié)會(huì)和生產(chǎn)廠家給予充分的重視，是完全有能力解決的。干燥能耗偏高，對(duì)環(huán)境的污染不容忽視。我國現(xiàn)有的各種干燥設(shè)備中， 蒸汽干燥占 80%以上。而爐氣和直火式煙氣干燥則在小型企業(yè)中較多。 蒸汽干燥以鍋爐作供熱設(shè)備， 我國工業(yè)鍋爐及其管網(wǎng)的平均熱效率只有 60%，同時(shí)蒸汽干燥的進(jìn)、排氣熱損失較大，約占蒸汽熱能的 40%，此外還有墻體大門等的散熱損失，故使蒸汽干燥的一次能源利用率一般低于30%。干燥能耗高，不僅使產(chǎn)品成本增加，而且使鍋爐與干燥室排出的煙塵與廢氣增多，從而增加了這些有害物質(zhì)對(duì)大氣的污染。 以年干燥能力為 1 萬立方米材的蒸汽干燥車間為例，約需配 4 噸/h 的

17、鍋爐一臺(tái)，它每小時(shí)排出的有害物質(zhì)為：煙塵量約 40kg、 CO2： 1900 立方米、 SO2：45 立方米，還有少量的 NO2，這些物質(zhì)是造成大氣溫室效應(yīng)、 酸雨和臭氧破壞的主要因素。 據(jù)有關(guān)資料報(bào)道， 在全球監(jiān)測(cè)網(wǎng)上，對(duì) 40 個(gè)顆粒污染最嚴(yán)重的城市排序中，沈陽、西安、北京、上海和廣州進(jìn)入前 10 名。由于能源對(duì)環(huán)節(jié)的貢獻(xiàn)率可達(dá) 70%-80%，故木材干燥的節(jié)能問題必須予以重視。 陳舊簡陋的設(shè)備較多， 干燥的降等損失嚴(yán)重。 目前我國多數(shù)中小型（尤其小型）木材加工廠，干燥設(shè)備陳舊簡陋，操作人員素質(zhì)低、多數(shù)未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)，導(dǎo)致由于干燥不當(dāng)而引起的木材降等損失相當(dāng)嚴(yán)重，一般大于20%，其中約 5%

18、的木材則完全失去使用價(jià)值。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國這類設(shè)備的年干燥總量在 100 萬立方米左右，以降等 20%計(jì)，每立方米材的降等損失按 50 元計(jì)，則直接經(jīng)濟(jì)損失在 1000 萬元以上。以 5%木材失去使用價(jià)值計(jì)， 則浪費(fèi)的森林資源在 5 萬立方米以上。1.2.2 木材干燥室國外發(fā)展現(xiàn)狀國際干燥咨詢委員會(huì)主席、國際干燥界權(quán)威雜志“Drying Technology主”編，加拿大的 A.SMujumdar 教授曾撰文指出，在設(shè)計(jì)干燥裝置時(shí)，必須考慮較高的干燥質(zhì)量和較低的能耗。 當(dāng)今干燥的總目標(biāo)是： 在對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)不利影響最小， 不損害環(huán)境和在設(shè)備投資與運(yùn)行費(fèi)用最低的條件下，實(shí)現(xiàn)被干物料最快的水分遷2黑

19、龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)移。同時(shí)他還進(jìn)一步指出了當(dāng)今創(chuàng)新干燥設(shè)備與目前常規(guī)干燥設(shè)備的主要區(qū)別在于：創(chuàng)新干燥設(shè)備已由單一的干燥參數(shù)（視為穩(wěn)定）的粗放型干燥，逐漸過渡到由多種干燥設(shè)備，在不同干燥參數(shù)（非穩(wěn)定態(tài)）下，多級(jí)組合而成的智能型、精確性干燥。這是干燥觀念上的重要突破。網(wǎng)絡(luò)化智能化控制，以美國Lignomat公司制造的木材干燥窯控制系統(tǒng)為代表，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互、各種信息自動(dòng)記錄，利用系統(tǒng)提供的各種分析功能， 可不斷調(diào)整干燥基準(zhǔn)， 提高干燥質(zhì)量，節(jié)約費(fèi)用，降低木材損耗，減少人員數(shù)目等。它代表了 20 世紀(jì)末木材干燥控制系統(tǒng)的世界先進(jìn)水平，具有高可靠性、直觀易學(xué)、功能強(qiáng)大、使用安全和維護(hù)性強(qiáng)等特點(diǎn)

20、。因此應(yīng)用遺傳算法、 模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)理論， 尋求木材干燥過程的最優(yōu)化方法及全自動(dòng)控制過程是具有重大意義的。1.3 木材干燥技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及分析由于規(guī)?；I(yè)化自身的優(yōu)點(diǎn),我國木材干燥生產(chǎn)也將逐漸朝這方面發(fā)展,干燥技術(shù)的發(fā)展主題將是自動(dòng)化程度高、過程控制精確、生產(chǎn)效率高、成本低、節(jié)能、對(duì)環(huán)境無污染、干燥質(zhì)量好。具體來講有如下幾個(gè)方面：1.3.1 提高蒸汽干燥的能源利用率即熱效率根據(jù)發(fā)達(dá)國家木材干燥模式以及我國國情,在今后很長時(shí)間內(nèi) ,蒸汽干燥木材仍將占我國木材干燥的主導(dǎo)地位。原因是其干燥技術(shù)工藝成熟,干燥過程便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。如何提高蒸汽干燥的熱效率有待進(jìn)行多角度多方面的研究。1.3

21、.2 加強(qiáng)對(duì)節(jié)能型和環(huán)保型木材干燥技術(shù)的開發(fā)利用干燥設(shè)備的防腐性能、保溫性能,延長設(shè)備的使用壽命，設(shè)備故障率，能源和環(huán)境保護(hù)是當(dāng)今社會(huì)普遍關(guān)注的重大問題。我國的煤、石油和天燃?xì)膺@些能源污染大 ,要加強(qiáng)對(duì)無污染可再生能源的開發(fā)利用,例如太陽能。太陽能是清潔的可再生的能源 ,預(yù)計(jì)下個(gè)世紀(jì)太陽能干燥將會(huì)有較大的發(fā)展。但太陽能受氣候條件的影響較大 ,普通型集熱器的供風(fēng)溫度還不夠高。預(yù)計(jì)今后太陽能干燥室主要用于兩段干燥的預(yù)干室或與其它能源聯(lián)合干燥。另外,若在下個(gè)世紀(jì)能解決太陽能的低成本儲(chǔ)能問題和進(jìn)一步提供集熱器效率,太陽能也可能作為單一的干燥能源。木材干燥是木制品加工過程中能耗最大的， 故需要加強(qiáng)對(duì)節(jié)能

22、型和環(huán)保型木材干燥技術(shù)的開發(fā)利用。1.3.3 計(jì)算機(jī)技術(shù)在木材干燥技術(shù)中的應(yīng)用目前我國大多數(shù)木材干燥窯都是依賴操作人員按照工藝參數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)控制。進(jìn)口設(shè)備或少數(shù)國產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)控制也屬于人為設(shè)定參數(shù)的半自動(dòng)控制。 幾乎很少有真正意義上的全自動(dòng)控制。 干燥參數(shù)的在線檢測(cè)是干燥過程全自動(dòng)控制的前提條件。干燥介質(zhì)的溫度和濕度的在線檢測(cè)難度不大 ,而前面提到的建議以臨界干3黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)燥應(yīng)力和臨界含水率梯度作為監(jiān)控干燥過程的主要參數(shù),其難點(diǎn)主要在干燥應(yīng)力和含水率梯度的在線檢測(cè)。我國木材干燥技術(shù)雖然有一定的發(fā)展 ,但自動(dòng)化程度較低 ,制約了木材全自動(dòng)化發(fā)展的形狀 .通過深入地分析木材干燥工藝和

23、測(cè)控系統(tǒng)在木材干燥方面的應(yīng)用 ,把智能化自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)引入木材干燥窯的設(shè)計(jì)中勢(shì)在必行，微機(jī)不論在性能上還是價(jià)格上均能取代常規(guī)工業(yè)自動(dòng)化儀表 ,而且對(duì)木材干燥這一特殊過程采用微機(jī)控制要比常規(guī)儀表更方便、 準(zhǔn)確。將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于木材干燥過程在國內(nèi)干燥技術(shù)研究中已有開展。 將被干燥的物料分割為有限多個(gè)小單元。利用熱風(fēng)干燥有限元計(jì)算機(jī)模擬過程 ,獲得了精確的干燥時(shí)間、物料終了含水率、 排氣溫度、濕度和水分蒸發(fā)量。 也可以確定干燥過程中任一時(shí)刻的干燥情況和有關(guān)技術(shù)參數(shù)。這一計(jì)算機(jī)應(yīng)木材干燥技術(shù)有著非常重大的意義 ,這方面用方法很值得在木材干燥中借鑒和應(yīng)用。1.3.4 設(shè)備的智能化、集約化隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)

24、的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用， 以及設(shè)備向小型化、 智能化發(fā)展，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉、使用靈活等優(yōu)勢(shì)，顯示出很強(qiáng)的生命力。 它和一般的集成電路相比有較好的抗干擾能力。對(duì)環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應(yīng)性，可以在工業(yè)條件下穩(wěn)定工作。 且單片機(jī)廣泛地應(yīng)用于各種儀器儀表， 使儀器儀表智能化， 提高它們的測(cè)量速度和測(cè)量精度，加強(qiáng)控制功能。 MCS-51 系列單片機(jī)控制的 “船舶航行狀態(tài)自動(dòng)記錄儀”、“煙葉水分測(cè)試儀 ”、“智能超聲波測(cè)厚儀 ”等。單片機(jī)也廣泛地應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，例如對(duì)工業(yè)上各種窯爐的溫度、酸度、化學(xué)成分的測(cè)量和控制。 將測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和單片機(jī)

25、技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理功能和實(shí)時(shí)控制功能，使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài)， 提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 從航空航天、 地質(zhì)石油、冶金采礦、機(jī)械電子、 輕工紡織等行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機(jī)電一體化設(shè)備和產(chǎn)品，到郵電通信、日用設(shè)備和器械，單片機(jī)都發(fā)揮了巨大作用。如前所述，我國目前的干燥技術(shù)水平已基本能滿足現(xiàn)階段生產(chǎn)的要求， 但仍有許多不足之處。 在新世紀(jì)中的干燥技術(shù)需要增加科技含量， 由粗放型， 向精確性、高科技的方向發(fā)展，才能跟上時(shí)代發(fā)展的步伐。因此，基于國內(nèi)市場(chǎng)急需自動(dòng)化程度高的木材干燥設(shè)備新產(chǎn)品的實(shí)際情況，消化、吸收國外先進(jìn)干燥技術(shù)和測(cè)試手段，使之適合我國國情，并在此基礎(chǔ)上，研究、設(shè)

26、計(jì)出性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、節(jié)能顯著，達(dá)到或超過世界先進(jìn)水平的新型干燥設(shè)備控制系統(tǒng)，開發(fā)木材干燥設(shè)備新型換代產(chǎn)品，提高木材干燥質(zhì)量，降低木材資源消耗，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，具有十分重要的意義。4黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1. 木材干燥室控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀：木材干燥室控制系統(tǒng)的基本介紹以及我國木材干燥行業(yè)存在的問題以及發(fā)展趨勢(shì)。2. 基本方案的選擇：以單片機(jī)為控制核心，采用溫濕度測(cè)量及控制技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測(cè)量元件， 構(gòu)成智能木材溫濕度測(cè)量控制系統(tǒng)。 可分為溫濕度測(cè)量電路，顯示電路，聲光報(bào)警電路，溫濕度控制執(zhí)行電路。3單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)：一個(gè)單片

27、機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 ROM 、RAM 、 I/O、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。 二是系統(tǒng)的配置， 即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、 A/D 、D/A 轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。4單片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)：整個(gè)程序包括主程序和子程序兩部分。子程序包括延時(shí)子程序、啟動(dòng)子程序、參數(shù)掃描子程序、外部中斷子程序等。程序編制采用了模塊化結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)程序段的出入口、占用內(nèi)部寄存器或RAM 均做了明確規(guī)定，可分別調(diào)試，具有較強(qiáng)的靈活通性。2.2

28、 功能要求（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)木材干燥室溫濕度參數(shù)的實(shí)時(shí)采集,測(cè)量空間的溫度和濕度 ,由單片機(jī)對(duì)采集的溫濕度值進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、顯示,實(shí)現(xiàn)溫濕度的智能檢測(cè)。（2）實(shí)現(xiàn)超越數(shù)據(jù)的及時(shí)報(bào)警,并啟動(dòng)控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。（3）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備應(yīng)具有較高的靈敏度、可靠性、抗干擾能力。2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則2.3.1 高可靠性高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)， 都應(yīng)該將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個(gè)方面考慮：使用可靠性高的元器件；設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線和接地要合理； 對(duì)供電電源采用抗干擾措施；輸入輸出通道抗干擾措施；進(jìn)行軟硬件濾波；系統(tǒng)自診判斷功能等。2

29、.3.2 操作維護(hù)方便在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，盡量減少5黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)操作人員專用知識(shí)的要求， 以利于系統(tǒng)的推廣。 因此在設(shè)計(jì)時(shí)， 要盡可能減少人機(jī)交換接口， 多采用操作內(nèi)置或簡化的方法。 同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)配有現(xiàn)場(chǎng)故障自動(dòng)診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對(duì)故障進(jìn)行定位，以便進(jìn)行維修。2.3.3 高性價(jià)比單片機(jī)除體積小、 功耗低等特點(diǎn)外， 最大的優(yōu)勢(shì)在于高性能價(jià)格比。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛使用，性價(jià)比是其中一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，再設(shè)計(jì)時(shí)，除了保持高性能外， 盡可能降低成本， 如簡化外圍硬件電路， 在系統(tǒng)性能和速度允許的情況下盡可能使用軟件功能取

30、代硬件功能等。2.4 設(shè)計(jì)思路（1）對(duì)于硬件部分：根據(jù)課題技術(shù)要求擬選擇ATMEL 公司的 AT89C51 微控器作為控制與數(shù)據(jù)處理的核心以構(gòu)成木材干燥室控制系統(tǒng)。根據(jù)技術(shù)要求求判斷是否需要外部采用可編程程序存儲(chǔ)器以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器對(duì)微控器進(jìn)行擴(kuò)展。（2）對(duì)于軟件部分：設(shè)計(jì)硬件時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮軟件的設(shè)計(jì)方法，爭(zhēng)取采用最簡單的設(shè)計(jì)方法使兩者相輔相成。設(shè)計(jì)后期用C 語言及匯編語言編寫程序并用相關(guān)繪圖軟件繪制系統(tǒng)外部接線圖、軟件流程圖、系統(tǒng)框圖。圖 2.1 技術(shù)路線流程圖6黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2.5 主要器件選型本設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容是以單片機(jī)為控制核心，采用溫濕度測(cè)量及控制技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測(cè)

31、量元件，構(gòu)成智能木材溫濕度測(cè)量控制系統(tǒng)。故本系統(tǒng)主要器件包括單片機(jī)主芯片，溫度傳感器，濕度傳感器，液晶顯示裝置等。2.5.1 單片機(jī)主芯片選擇方案單片機(jī)的選型是一件重要而費(fèi)心的事情 ,如果單片機(jī)型號(hào)選擇得合適 ,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)就會(huì)工作可靠， 且很經(jīng)濟(jì) ;如果選擇得不合適 ,就會(huì)造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi) ,影響單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行 ,甚至根本就達(dá)不到預(yù)先設(shè)計(jì)的功能。對(duì)于一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來說 ,它的技術(shù)要求和系統(tǒng)功能都應(yīng)當(dāng)十分明確 .如果選擇功能過于少的單片機(jī) ,這個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)就無法完成控制任務(wù) ;但是如果選擇的單片機(jī)功能過于強(qiáng)大 ,這不但沒有必要 ,還會(huì)造成資源浪費(fèi) , 不降性能價(jià)格比

32、。只要掌握和運(yùn)用單片機(jī)正確選型的原則 ,就可以選擇出最能適用于應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī) ,保證單片要應(yīng)用系統(tǒng)有最高的可靠性 ,最優(yōu)的性能價(jià)格比 ,最長的使用壽命和最好的升級(jí)換代可能。單片機(jī)芯片選型時(shí) ,總的原則是 :“芯片含有 (功能或數(shù)量 )略大于設(shè)計(jì)需求 ” ,設(shè)”計(jì)需求盡可能 (用)芯片完成 (少用外圍器件 ) ”。“選大 (大廠 )不選小 ,選多 (供應(yīng)量多 )不選少 ,選名 (名牌 )不選渺 (飄渺 ,不知詳情的廠子 ),選廉 (謙價(jià) )但要好 (質(zhì)量保證 )。對(duì)單片機(jī)選型 ,主要應(yīng)用從單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)性 ,實(shí)用性和要開發(fā)性三方面來考慮。(1)技術(shù)性 :要從單片機(jī)的技術(shù)指標(biāo)角度 ,對(duì)單片

33、機(jī)芯片進(jìn)行選擇 ,以保證單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在一定的技術(shù)指標(biāo)下可靠運(yùn)行 ;(2)實(shí)用性 :要從單片機(jī)的供貨渠道、信譽(yù)程序等角度，對(duì)單片機(jī)的生產(chǎn)廠家進(jìn)行選擇以保證單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在能長期、可靠運(yùn)行；(3)可開發(fā)性：選用的單片機(jī)要有可靠的可以開發(fā)手段，如程序開發(fā)工具、仿真調(diào)試手段等。由于在學(xué)校期間學(xué)過數(shù)字電路、單片機(jī)原理、C 語言程序設(shè)計(jì)，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源和作為學(xué)生能夠獲得的資源，經(jīng)過對(duì)比此次設(shè)計(jì)要求， 同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)及實(shí)用性 ,我選擇用 ATMEL 系列芯片完成。而且在學(xué)校期間學(xué)習(xí)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)也主要介紹了 C51 系類單片機(jī)，實(shí)際操作起來比較方便，故 ATMEL 為更合理的選擇。具體

34、方案如下：7LED 。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 型 8 位單片機(jī)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、 非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)， 兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。其片內(nèi)的 4K 程序存儲(chǔ)器是 FLASH 工藝的，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。 寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密， 這又很好地保護(hù)我們的勞動(dòng)成果。再者， AT89C51 目前的售價(jià)比8031 還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。AT89C51 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，

35、縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于4K ，四個(gè) I/O 口全部提供給用戶?？捎?5V 電壓編程，而且擦寫時(shí)間僅需 lOms。 AT89C51 芯片提供三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。PO 口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀 /寫操作。2.5.2 顯示器選擇方案方案一：選用液晶顯示器 (LCD) ，LCD 具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其它顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。 LCD 可分為段位式 LCD 、字符式 LCD

36、 和點(diǎn)陣式 LCD 。其中， 段位式 LCD 和字符式 LCD 只能用于字和數(shù)字的簡單顯示， 不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點(diǎn)陣式 LCD 不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)，動(dòng)畫功能，分區(qū)開窗口，反轉(zhuǎn)，閃爍等功能，用途十分廣泛。LCD 產(chǎn)品制造涉及光學(xué)、半導(dǎo)體、電機(jī)、化工、材料等各項(xiàng)領(lǐng)域，上下游所需技術(shù)層面極廣， 極少有單一廠商能從材料到成品全部都做， 因此各領(lǐng)域分工明顯。 LCD 產(chǎn)業(yè)上游材料包括玻璃基板、 ITO 導(dǎo)電玻璃、偏光板、彩色濾光片、背光模塊、液晶、半導(dǎo)體制造工序所需光罩，液晶驅(qū)動(dòng)IC、印刷電路板（ PCB）等；中游則集合

37、各種材料，制造LCD 面板和模塊，提供給下游應(yīng)用廠商使用。方案二：選用 LED 顯示器， LED 是英文 light emitting diode （發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料， 置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封， 起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用， 所以 LED 的抗震性能好。發(fā)光二極管的核心部分是由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體組成的晶片， 在 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為 p-n 結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的 PN 結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN 結(jié)加反向電壓，少

38、數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱8黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí) （即兩端加上正向電壓） ，電流從 LED 陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。綜上所訴，結(jié)合proteus 的元件庫，我們選擇方案一，因其可以同時(shí)顯示多個(gè)數(shù)據(jù)，故選之。2.5.3 傳感器選擇方案方案一：首先我考慮到使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D 轉(zhuǎn)換電路

39、，感溫電路比較麻煩， 同時(shí)加上濕度模塊就更加復(fù)雜了。 模擬電路的累加對(duì)后期我們的數(shù)據(jù)采集精度也很能達(dá)標(biāo)。方案二：其次我考慮到用溫度傳感器再加上濕度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中， 大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，溫度傳感器可以采用一線制DS18B20，這個(gè)傳感器也可以在proteus 元件庫找到，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。方案三：隨著技術(shù)發(fā)展，溫濕度一體的傳感器也越來越多，并且性價(jià)比也越來越高，例如 SHT90、91、95 系列價(jià)格在四五十左右或者更低。 經(jīng)過搜找，我發(fā)現(xiàn)在 proteus 元件庫中的 SHT11 這款溫濕度傳感器。在測(cè)量過程中可對(duì)相對(duì)溫濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，同時(shí) SHT11 溫濕度傳感器能準(zhǔn)確的測(cè)量溫濕度。產(chǎn)品互換性好，相應(yīng)速度快，抗干擾性強(qiáng)， 不需要外部參考源和外部器件。 它克服了前兩個(gè)方案的缺點(diǎn)又具有前兩個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)它也符合參數(shù)