用单片机实现碾米抛光机的自动控制

用单片机实现碾米抛光机的自动控制

吴才章
(郑州工程学院 机电系 河南 郑州 450052)

1 引 言
经过多道工序的碾制之后，稻米的谷糠已被剥去，但米粒的表面显得比较粗糙，为保证米的质量和外观，需进行稻米加工的一道工序：抛光。米粒的抛光是由碾米抛光机来完成的。通过抛光可使米粒表面致密光洁，既保证了米的质量，又改善了米粒的外观。抛光是在一定温度和湿度条件下，经过一定时间的研磨完成的。因此抛光过程中一些重要的工艺参数必须得到满足。首先，加入水的温度必须严格控制，温度太低或太高都会使抛光后的米粒发黑，影响抛光的质量；其次，加入水量的多少必须严格控制。加入的水量太多，抛光后的湿度太大，既影响抛光的质量也影响将来的储运；加入的水量太少，抛光时的湿度太小，抛光后米粒的光洁度和致密度会达不到要求。 国产的中小型抛光机现有的抛光方法都是采用半人工的方法：用温度控制器控制水箱的温度，加水量由手控调节阀来实现。人工调节一方面很难保证质量，另一方面增加了工人的劳动强度。

因此，采用先进的自动控制技术实现碾米抛光机控制的自动化成了抛光机厂家的迫切需要。

2 温、湿度自动控制的原理及组成

在和厂家多次接触的基础上，了解到抛光机生产过程实现自动化的一些基本要求，针对厂家的一些具体要求，设计出了以89C51为的稻米抛光机自动控制系统。 (1)实现水温的自动控制

水的温度是此道工艺的一个重要参数，为实现温度的自动控制，外扩了8位A／D转换芯片ADC0809。自行设计温度传感器和变送器，使0～100℃的水温对应AD0809输人为0～5V。单片机通过采样比较后控制加热丝的开关，实现水温的自动控制。

(2)实现加湿的均匀性

为保证抛光机加湿的效果，变原来的注水式加湿为雾化式加湿。现有国产中小型抛光机的加湿方式采用的是注水式，由于抛光机的加湿量不大，此方式很容易造成加湿的不均匀性，进而影响抛光的质量。采用雾化的方式注水基本上消除加湿的不均匀性，可以大大改善抛光的效果。水的雾化采用高频振动的方式实现，此种雾化装置可以很容易在市场上购买到。

(3)实现抛光机仓内湿度的自动控制

我们选用广东风华公司的湿度传感器，此传感器集传感与变送于一体，体积和重量都很小，价格适中，而且比较容易安装。传感器输出的标准电压信号送人AD0809的另一通道，单片机采样后转换为数字信号，通过与设定的湿度值比较，进而控制加湿电磁阀的开合。控制加湿量的电磁阀有大、中、小3个，此方法的应用避免了系统的复杂性，又保证了系统的可靠性和控制的。

(4)保证只有水温达到设定值，进料门才能打开，同时雾化振动器打开 此要求是为防止水温还没达到设定值的情况下，向抛光机加入不符合温度要求的水。为满足此要求，在进料口处安装一个电磁阀开关。开始工作，当水温低于设定值时，此开关闭锁，禁止原料的进入；只有当水温达到设定值时，才能开此电磁开关。实际中水温不可能严格等于设定值，他会在设定值附近上下波动，可以限制一定的范围，只要温差在限定范围之内，就认为达到了要求。

3 单片机系统的硬件构成

为降低系统的成本，温度传感器探头采用价格便宜的热电阻CU50，并自行设计变送器，传感器及放大电路如图1所示。首先经过桥路把温度信号转换为相应的模拟电信号，此桥路输出的电压信号比较弱，必须进行相应放大。本系统利用普通的运放组成一个输入电阻比较高、共模抑制作用比较强的仪用测量放大器，实现变送器的功能，满足了系统的需要。可调电阻兄可以实现温度信号的调零，可调电阻Ro可以实现温度信号放大倍数的调整，这2个可调电阻用于温度信号的校准。

单片机选用ATMEI。公司的89C51，此芯片自带4kFlash存储器，足以满足本系统的需求，无需外扩存储器。A／D转换器选用ADC0809，他有8路输入通道，完全满足本系统的要求。A／D转换器与CPU采用查询方式连接，单片机不断采集A／D送来的数字量，进行相应处理后送7段LED进行实时温、湿度显示。显示电路由7段码译码器4513完成LED的段选，由1413完成位选，这2个芯片由单片机外扩一并行芯片74HC273来驱动。系统的设定采用4个独立式键盘完成：一个是设定键，按此键系统进入设定模式，每按，在温度和湿度两种设定模式之间来回切换；一个是工作设定键，按此键系统进入工作模式；其他2个键实现加l和减1功能。加1和减l键只有在设定模式下才能工作，在工作模式下，按这2个键系统不响应。系统另有5路开关量输出，P1．3脚用于控制进料电磁阀，P1．4脚用于温度控制，P1．5，P1．6，P1．7脚用于雾气振动开关的控制。

考虑到此单片机没有掉电保护存储器，在掉电和死机的情况下系统的设定值会回零，而且每次开机都要进行设定，比较烦琐。为此系统外扩了1片E2PROM存储器，我们选用12C存储器--CAT24C021，用于存储系统的设定值。

CAT24C021是美国CATALYST公司的产品，他是集E2PROM存储器、看门狗定时器、复位控制器3种功能为一体。他的应用，一方面提供了掉电保护存储器；另一方面大大增加了系统的可靠性。其内置的看门狗定时器为微处理器提供了独立的保护系统，一旦系统出现故障，在超时之后，复位信号便做出响应。另外其内部的Vcc检测电路可使系统免受低电压的影响，当检测到工作电压时，系统将复位，直到Vcc返回到正常值为止。其存储器部分采用的是256B串行的E2PROM，具有简单的2线I2C接口。他仅用1根双向数据线SDA和1根时钟控制线SCL即可进行数据传送，另外作为输入口时，该引脚上的电子跳变将复位看门狗定时器。

I2C接口技术的应用，在很大程度上降低了系统成本及其对电路板空间的要求，本系统使用P1．0，P1．1实现他和单片机的数据传送，如图2所示。

24C021的写保护引脚WP接单片机的P3．0，WP为高电平时，E2PROM处于写保护(只读)状态；为低电平时，单片机可以对E2PROM实行改写操作。

为进一步保证系统的可靠性，在单片机的输出端口和强电接触器之间采用光电隔离器和12V继电器进行隔离。系统的硬件结构框图如图3所示。

4 系统的软件设计

(1)设置模块

单片机首先读取键盘的温湿度设定值然后存人24C021。本模块主要包括键值读人、软件延时消抖子程序和I2C读写子程序。

(2)采样显示模块

此模块主要实现数据采集和显示。根据A／D的时序要求，启动A／D转换，然后查询是否转换完毕，接着读取A／D的转换结果，采集到2路数字量就是温、湿度模拟信号的对应值。为进一步增加系统的稳定性，对采集得到的数值进行了平滑和中值滤波处理。得到与实际温湿度对应的二进制数，通过一定的算法把二进制数据转换为相应的温度值和湿度值，送LED显示。

(3)控制模块

系统的另一个主要任务是实现温、湿度的自动控制。开机运行时，单片机采集温度值和设定值比较，如果不在规定范围内，继续加热；达到要求，打开料位开关和雾化振动器，进入正常运行状态：单片机读取24C021中的温、湿度设定值，同时与采样进行比较，根据比较结果进行加热、加湿控制。程序框图如图4所示。

5 结 语

该系统已于去年用于某粮机厂抛光机的自动控制改造中，投入使用以来运行情况良好，为厂家创造了一定的经济效益，实践表明此系统的设计是成功、可靠的。