Zusammenfassung: Am Beispiel der Temperaturprozessanforderungen in Tabaktrockenscheunen wird in diesem Beitrag ein Temperaturregler auf Mikrocontrollerbasis mit Cu50-Sensor vorgestellt. Die Praxis hat gezeigt, dass die Temperaturmessschaltung neuartig ist, die Messung relativ genau ist und das Gerät eine gute Regelleistung aufweist. Schlüsselwörter: Widerstandsthermometer (RTD); Mikrocontroller; Tabaktrockenscheune; Temperaturmessung; Luftklappensteuerung. Einleitung: Im ersten Trocknungsprozess von Tabakblättern sind die genaue Messung und effektive Regelung der Temperatur in der Trockenscheune von zentraler Bedeutung für die Trocknung und die grundlegende Sicherstellung der Tabakqualität. Derzeit wird in vielen Tabakanbaugebieten das dreistufige Trocknungsverfahren für Tabakblätter weit verbreitet angewendet, und die meisten Trockenscheunen sind mit Heißluftzirkulationsanlagen ausgestattet. Die verwendeten Temperaturmessgeräte sind jedoch immer noch Glasrohrthermometer, die mit Alkohol oder Kerosin befüllt sind (in Tabakanbaugebieten als „Feuerthermometer“ bezeichnet). Die Steuerungsmethoden umfassen das manuelle Öffnen und Schließen der Rückluftklappe (zur Entfeuchtung und Regelung der Feuchtkugeltemperatur), der Brandschutztür oder des Gebläses (zur Steuerung der Ofenfeuerintensität und indirekten Regelung der Trockenkugeltemperatur). Ungenaue Messungen, unpraktische Thermometer und passive Steuerungsmethoden stellen Engpässe dar, die die Verbesserung der Tabaktrocknungsqualität behindern. Am Beispiel der Temperaturregelung lässt sich das Problem durch den Einsatz des Thermowiderstands Cu50 als Sensor und eines Controllers mit einem Mikrocontroller als Kern lösen. Dadurch wird die Temperaturregelung im Tabaktrocknungsprozess im Wesentlichen automatisch realisiert. 1 Anforderungen an die Temperaturregelung (1) Technische Anforderungen: Effektiver Mess- und Regelbereich: 20 °C bis 80 °C; Messgenauigkeit: ±0,5 °C; Regelgenauigkeit: ±1,0 °C; Anzeigeauflösung: 0,1 °C; (2) Temperatureinstellung: Um den Anforderungen des Tabaktrocknungsprozesses und den spezifischen Eigenschaften der Tabakblätter gerecht zu werden, ist der Temperaturbereich von 35 °C bis 43 °C in neun Stufen unterteilt. (3) Antrieb: Die Klappe wird elektrisch angetrieben und hat eine Laufzeit von 80 Sekunden, d. h. 1,1 Grad/Sekunde. Stromversorgung: 220 V, 50 Hz. (4) Automatische Steuerung: Überschreitet die Feuchtkugeltemperatur den eingestellten Wert um 0,5 °C, öffnet sich die Einlassklappe automatisch für 5 Sekunden. Liegt die Feuchtkugeltemperatur innerhalb des eingestellten Werts ±0,5 °C, bleibt die Einlassklappe geschlossen. Unterschreitet die Feuchtkugeltemperatur den eingestellten Wert um 0,5 °C, schließt sich die Lufteinlassklappe automatisch für 5 Sekunden. (5) Alarm: Weicht die Temperatur um 1 °C vom eingestellten Wert ab oder überschreitet sie diesen, ertönt ein akustisches Signal. 2 Systemdesign Gemäß den oben genannten Anforderungen verwendet dieses System einen Mikrocontroller als Steuereinheit und einen Thermowiderstand als Sensor. Das Schaltbild des Gesamtsystems ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Funktionsweise ist wie folgt: 2.1 Hardware-Design 2.1.1 Mikroprozessorauswahl Dieses System verwendet den AT89C51 als CPU. Der AT89C51 ist ein energieeffizienter, leistungsstarker 8-Bit-CMOS-Mikrocontroller mit 4 KB programmierbarem/löschbarem Flash-Speicher. Er ist kompatibel mit der Mikrocontroller-Produktserie MCS-51. Er wird mit hochdichter, nichtflüchtiger Speichertechnologie gefertigt. Der Speicher kann 1000 Mal beschrieben/gelöscht werden. Die Pins des AT89C51 sind identisch mit denen des 8031 ​​[4]. Daher sind keine Erweiterungen erforderlich, um die Anforderungen zu erfüllen. 2.1.2 Sensorauswahl Entsprechend den Anforderungen an die Mess- und Regelgenauigkeit dieses Systems wurde der thermische Widerstandssensor Cu50 als Temperatursensor ausgewählt [3]. Der Cu50 hat einen Messbereich von -50 °C bis +150 °C und einen Betriebsbereich von 20 °C bis 80 °C. Er zeichnet sich durch gute Linearität, hohe Empfindlichkeit und einen moderaten Preis aus und erfüllt somit die technischen Anforderungen des Systems. 2.1.3 Messschaltung Die Messung und Regelung der Temperatur hängt maßgeblich von der Messgenauigkeit ab. Um diese zu gewährleisten, wurden daher drei Hardware-Maßnahmen ergriffen: Erstens wird für den Anschluss des Sensors in der Messung eine neue Dreileitermethode [1] verwendet, um den durch die Leitung verursachten Fehler zu kompensieren. Zweitens wird der hochpräzise, ​​driftarme Operationsverstärker OP07 als Operationsverstärkerschaltung eingesetzt. Drittens wird die Messschaltung mit einer Konstantstromquelle versorgt. Wie in Abbildung 2 dargestellt, eliminiert diese Schaltung den Einfluss des Leitungswiderstands, der bei der üblicherweise verwendeten Dreileiter-Anschlussmethode [2] auftritt, vollständig. Die Widerstandswerte von R62, R63 und R64 in der Abbildung sind gleich, und ihre Ausgangsspannung hängt ausschließlich vom Wärmewiderstand Rt ab und ist linear. Die Messgenauigkeit ist hauptsächlich vom Strom der Konstantstromquelle abhängig. Um die Stromstabilität zu gewährleisten, wurden für die Konstantstromquellenschaltung eine Zenerdiode (LM-336), ein hochpräziser, driftarmer Operationsverstärker (OP-07) und ein Transistor (BC157B) ausgewählt. In den übrigen Schaltungen kommt ein universeller Vierfach-Operationsverstärker mit einfacher Spannungsversorgung (LM324) zum Einsatz. 2.1.4 A/D-Wandler: Der verwendete A/D-Wandler ist der weit verbreitete 10-Bit-CMOS-A/D-Wandler ADC1005, der die technischen Anforderungen erfüllt. Der Gesamtfehler ohne Justierung dieses Chips beträgt ±1 LSB, der Ausgangspegel ist TTL-kompatibel, die Versorgungsspannung beträgt +5 V, und der analoge Eingangsspannungsbereich liegt zwischen 0 und 5 V[4]. 2.1.5 Ausgangskanaldesign: Es gibt drei Ausgangskanäle: eine Alarmschaltung und zwei Motoransteuerschaltungen zur Steuerung der Vorwärts- bzw. Rückwärtsdrehung des Dämpfermotors. Um die Störfestigkeit des Systems zu verbessern, verwendet die Ansteuerschaltung ein AC-Halbleiterrelais. 2.1.6 Mensch-Maschine-Schnittstellendesign: (1) Temperatureinstellung: Die Temperatureinstellung erfolgt über einen BCD-Drehknopf. Die unteren 4 Bits des Ports P1 dienen als numerische Eingabe. Einfache Bedienung. (2) Temperaturanzeige: Der Temperaturwert wird digital angezeigt. Um die parallele Schnittstelle nicht zu erweitern, wird die dreistellige statische Digitalanzeige mithilfe der Schieberegisterfunktion der seriellen Schnittstelle realisiert. P1.7 dient als Ausgangssteuerung. Wenn P1.7 = 1 ist, gibt die serielle Schnittstelle Daten an das Schieberegister aus. Andernfalls bleibt der Anzeigeinhalt unverändert. (3) Alarmschaltung: Der Alarm wird durch einen Summer ausgelöst. 2.2 Gesamtsoftwaredesign: 2.2.1 Programmstruktur: Die Anwendung ist in Schleifen implementiert. Der elektrische Stellantrieb wird über einen Timer gestartet und gestoppt. Das Hauptprogramm initialisiert das System, einschließlich Timer, Ein-/Ausgabe und Interruptsystem. Innerhalb einer Schleife werden folgende Operationen ausgeführt: Sollwerterkennung, Temperaturmessung, Skalierung, digitale Filterung, Temperaturanzeige und -regelung. Diese Operationen werden von entsprechenden Unterprogrammen realisiert. 2.2.2 Programmmoduldesign: Der Aufbau des Temperaturmess- und -regelungsprogramms wird im Folgenden beschrieben. (1) Temperaturmessprogramm: Dieses Programm führt sieben aufeinanderfolgende A/D-Wandlungen durch, speichert die Ergebnisse ab Einheit 3BH und filtert anschließend den Medianwert digital, der in Einheit 33H gespeichert wird. Die A/D-Wandlung erfolgt mittels Abfrageverfahren. (2) Temperaturregelungsprogramm: Die Temperatur wird über den Öffnungswinkel der Klappe geregelt. Dieses Programm vergleicht daher den Ist-Temperaturwert mit den oberen und unteren Grenzwerten des Sollwerts und regelt den Öffnungswinkel der Klappe entsprechend. Der obere Sollwert (gespeichert in 3AH) und der untere Sollwert (gespeichert in 38H) liegen innerhalb von ±0,5 °C der eingestellten Getriebetemperatur (gespeichert in 39H). Der Betriebszustand des Regelventils wird alle 5 Minuten erfasst und bewertet. Jede Ventilbewegung dauert 5 Sekunden, d. h., das Ventil öffnet oder schließt um 5,5 °C. 3. Experimentelle Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Basierend auf dem oben beschriebenen Prinzip wurde ein Temperaturmess- und -regelgerät entwickelt und gefertigt. Die Temperaturmessung und -regelung im Tabaktrocknungsraum wurde mit diesem Gerät getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 dargestellt. Die Standardtemperatur in der Tabelle entspricht dem Messwert eines Standard-Quecksilberthermometers. [align=center] [/align] Die Testergebnisse zeigen, dass die Temperaturmessung und -regelung die Anforderungen der Konstruktion erfüllen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Messgenauigkeit des Widerstandstemperaturmesskreises durch diese Kompensationsmethode deutlich verbessert und eine hochpräzise Temperaturmessung und -regelung realisiert wird. Das Gerät wurde inzwischen um eine manuelle/automatische Umschaltfunktion in der Hardware und um Störungsunterdrückungsmaßnahmen in der Software erweitert, wodurch es zuverlässiger, stabiler und benutzerfreundlicher geworden ist. Dies belegt der Einsatz in der Niederlassung Baofeng der Pingdingshan Tobacco Company. Referenzen: [1] Li Ting, Zhu Jingang, Zhao Liangxu. Ein neues Verfahren zur Kompensation des Drahtwiderstands in einem Widerstandsthermometer [J]. Elektronische Messtechnik, 2001, (9): 38-39. [2] Guo Hengli, Lin Youde. Praktische Schaltungen für Sensoren [M]. Shanghai: Shanghai Science and Technology Press, 1992. 296-299. [3] Ma Xiqin, Xu Zhenzhong. Automatische Detektionstechnik [M]. Peking: Maschinenbau-Verlag, 2001. 20-28. [4] Xu Rengui, Liao Zhezhi. Anwendungstechnik von Ein-Chip-Mikrocomputern [M]. Peking: Verlag der Maschinenbauindustrie, 2001. S. 254–366. Über den Autor: Gao Mingyuan (geb. 1965), männlich, aus Kaifeng, Provinz Henan, ist Ingenieur im Lehr- und Forschungsbereich Elektrotechnik der Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Universität Kaifeng. Er schloss sein Studium der Elektroautomatisierung an der Universität Yanshan 1989 ab. Sein Forschungsschwerpunkt liegt in der Entwicklung und Forschung von Detektionstechnologien und Drehzahlregelungssystemen.