摘要：煙葉烤房要實現(xiàn)對溫濕度的精準控制就必須進行多點監(jiān)測控制?；谶@一要求，設計了一種基于AT89C51微處理器和SHT11數字溫濕度傳感器的智能測控系統(tǒng)，能夠高效率地實現(xiàn)同時對多點采樣控制，且系統(tǒng)結構簡單，鑒于烤房內溫濕度變化的時滯性、非線性特點，采用了模糊控制算法，用組態(tài)軟件作為上位機系統(tǒng)監(jiān)測軟件，RS 485為串口通信接口實現(xiàn)了對現(xiàn)場和遠程的有效測控，為現(xiàn)代化煙葉烤房的集中管理提供了一種途徑。
關鍵詞：SHT11溫濕度傳感器；AT89C51；烤煙房；組態(tài)軟件

0 引言
    煙葉烘烤過程的溫濕度能否精準測控決定著煙葉的質量。傳統(tǒng)上煙葉烘烤過程的幾十個小時一般完全由人工監(jiān)測，利用于濕球玻璃溫度計采集數據。主要出現(xiàn)問題如下：無法確保烘烤出的煙葉質量好壞；監(jiān)測時間長，勞動強度大；效率低，無法實現(xiàn)工業(yè)化生產，為解決上述問題，就必須對烤房進行改造。為此，本文介紹了一種基于AT89C51單片機和SHT11數字溫濕度傳感器的多點采樣的新型烤房智能測控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件總體設計
    根據烤煙房的具體要求，本系統(tǒng)主要由AT89C51單片機、SHT11溫濕度傳感器、加熱控制裝置、排濕控制裝置、液晶顯示、通信裝置和上位機裝置等部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1．1 微控制器的選擇
    本文設計的系統(tǒng)采用成本低且體積小，靈活性高的AT89C51芯片作為控制系統(tǒng)的核心。該芯片采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲制造技術，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，具有低壓、高性能的CMOS 8位微處理器。其特點如下：豐富的I／O口資源、帶有2 KB閃存、單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦寫1 000次、2個16位定時／計數器、1個5向量兩級中斷結構、1個全雙工串行通信口、片內振蕩器及時鐘電路。
1．2 傳感器的選擇
    SHT11是一種采用CMOSENS專利技術(CMOS和傳感器技術的融合)制造的數字式溫濕度傳感器。測溫范圍是-40～+123．8℃，分辨率為0．01℃，測量露點精度小于±1℃，測量相對濕度范圍為0～100％，分辨率達0．03％RH，最高精度為±2％RH。該芯片屬于數字式輸出，具有免調試、免標定、免外圍電路及電路互換性等優(yōu)點，已成為現(xiàn)代溫濕度測控方向的首選，內部結構如圖2所示。

    SHT11芯片的工作原理是由兩個傳感器分別產生相對溫度和濕度信號，然后分別傳輸到14位的ADC進行A／D轉換、標準和糾錯，最后通過二線制的串行接口將相對濕度和溫度數據傳送至微處理器，再利用微控制器完成非線性和溫度補償。
    烤房內的溫濕度測控是基于整個烤房空間的，由于種種因素的影響使得烤房內溫濕度不均勻、不統(tǒng)一，采用多點測控系統(tǒng)可控制整個測量空間溫濕度的精準性、均勻性和統(tǒng)一性，即在采樣時微處理器同時對多個SHT11芯片發(fā)出指令，結合烤房的具體要求，本系統(tǒng)設置4個采樣點，每個SHT11芯片的SCK線都接到統(tǒng)一的I／O口，而DATA線則分別接到不同的I／O口。其次，如果烤房需要再增加采樣點時只需要增加對應的I／O口數，然后稍作程序修改即可達到需要。這樣每次微控制器發(fā)出測量指令后，所有的SHT11芯片同時進行數據采樣，按照這種方案設計只需等待一次數據采樣時間就可以完成所有采樣點的采樣工作，大大縮短了數據采樣時間，為測控系統(tǒng)的快速響應提供了條件。SHT11芯片與AT89C51微處理器連接電路圖如圖3所示。

1．3 輔助設置
    為了提高烤煙的質量，在烤煙過程中進行適當的人工干涉是必要的。鍵盤設置為啟動鍵／停止鍵、復位鍵(初始化溫濕度值)、參數設定鍵、顯示切換鍵、烤程選擇鍵等。
    顯示器采用性價比較高的1602LCD液晶顯示器，可以實現(xiàn)在現(xiàn)場直觀了解烤房內部溫、濕度情況。串口通信部分采用MAX232芯片進行TTL電平和RS 485電平之間的轉換實現(xiàn)與上位機數據傳輸，加入串口的目的：給單片機下載程序；使微控制器具有遠程通信或遠程監(jiān)控的功能；將微控制器每天采集到的數據的極限值和發(fā)生異常的數據記錄在其內部的EPROM中，當工作人員需要查看數據時，可以直接通過串口讀取數據。由于RS 485傳輸最長距離可達1．5 km，為提高系統(tǒng)遠距離數據傳輸的抗干擾能力在系統(tǒng)中設置兩級光電耦合器。

    執(zhí)行裝置主要是按照圖4所示烤煙過程對溫濕度的要求來控制加熱風機和排濕風機，考慮到電磁兼容性采用4N25光電耦合器來驅動固態(tài)繼電器來控制。固態(tài)繼電器具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長及體積小等優(yōu)點，在電路中起著自動調節(jié)，安全保護，轉換電路等作用。

2 軟件設計
    本系統(tǒng)程序采用C語言編寫，這樣可以縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，使程序易于調試和維護，可靠性高，可讀性和可移植性好。主要是把接收到的數據進行處理、并比較、反饋、輸出到溫、濕度控制執(zhí)行裝置來實現(xiàn)對烤房內溫、濕度的測控。程序采用模塊化控制設計，循環(huán)式工作模式，周期為2 s，主要包括主程序、溫濕度采樣子程序、溫濕度執(zhí)行子程序、模糊控制子程序、中斷服務子程序、數據傳輸子程序等。
    打開電源系統(tǒng)復位、初始化后微微處理器按照采樣到的當前溫度值為起點，根據設定的各烤程溫度值選定相應的升溫斜率以及相應的時間間隔，然后由相應的模糊子程序根據控制精度對烤煙房進行控制，當采樣到烤煙房溫度達到烤程設定值時，終止升溫控制過程轉入恒溫控制狀態(tài)，當溫度低于當前烤程的恒溫時就有微控制器發(fā)送指令給執(zhí)行裝置控制加熱器加熱，當溫度高于當前烤程的恒溫時加熱裝置停止加熱，溫濕度異常時報警器啟動。同時，間隔1 h記錄一次溫濕度，顯示在上位機系統(tǒng)的歷史曲線里面，以供查詢。同理，濕度控制也類似于溫度。其次，在烤煙過程中一定要注意烤煙房的密閉性以保證烤出的煙葉質量。其中主控制程序流程圖如圖5所示。

2．1 模糊控制
    在3段式烤煙工藝中，第一、三段升溫固定斜率為1℃／h，第二段升溫固定斜率為0．5℃／h。其余時間段為恒定溫度階段，如圖4所示?？緹煼靠臻g大，溫濕度控制存在很大的強時變、滯后性、非線性等特點，而模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強，干擾和參數變化對控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于強時變、滯后、非線性系統(tǒng)的控制，所以模糊控制比傳統(tǒng)式的溫濕度控制、PID等控制有著明顯的優(yōu)勢。模糊控制系統(tǒng)響應速度快、設計簡單，從而使控制系統(tǒng)具有很強的適應能力和智能性。
2．2 人機交互界面系統(tǒng)設計
    組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是指一些數據采集與過程控制的專用軟件。該軟件處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。上位機顯示裝置采用組態(tài)軟件中常用的軟件組態(tài)王。組態(tài)王(KingView)由北京亞控科技發(fā)展有限公司開發(fā)，目前在市場上廣泛推廣KingView 6．53，KingView 6．55版本。本系統(tǒng)采用經典KingView 6．51版本，實際烤煙實驗開機畫面如6所示。

3 結語
    本文設計的多點烤煙房測控系統(tǒng)結構簡單、程序設計方便、I／O口擴展簡便；另外，該系統(tǒng)既具有現(xiàn)場直觀了解溫濕度的功能，又具有遠程通信功能，為現(xiàn)代化烤煙房群的集中管理提供了必要條件。經過實際煙農使用，此設計滿足了3段式烘烤工藝的要求，實現(xiàn)了對烤房的遠程集中監(jiān)測，所以該系統(tǒng)較傳統(tǒng)上的烤煙房有很大的改進，可在現(xiàn)代烤煙房應用中廣泛推廣。