姜明　高興花　崔傳文

摘 要 以烤煙房中的濕度環(huán)境為測控對象，設(shè)計了一個濕度測控系統(tǒng)，包含硬件和軟件兩個部分，硬件系統(tǒng)包括濕度采集模塊、濕度信號調(diào)理部分以及濕度控制模塊。軟件系統(tǒng)采用labview8.6進行設(shè)計，包括濕度信號的采集和濕度控制兩個模塊。經(jīng)測試，有效的解決的烤煙過程中的濕度的測量與控制這個難點問題。

關(guān)鍵詞 虛擬儀器 濕度 測控

中圖分類號：TP274 文獻標(biāo)識碼：A

眾所周知，煙葉是一種重要的經(jīng)濟作物，對提高農(nóng)民收入，增加政府稅收有著重要的作用，因此研制先進的烘烤設(shè)備控制煙葉烘烤的溫濕度環(huán)境，讓烤煙的溫濕度環(huán)境與烘烤工藝參數(shù)要求相符合，這對提高烤煙質(zhì)量有重要作用。本文根據(jù)烤煙對濕度測控的需求設(shè)計了一個基于虛擬儀器的濕度測控系統(tǒng)。

1濕度測控系統(tǒng)構(gòu)建思路

煙葉在烘烤的過程中會產(chǎn)生水分，令烤房內(nèi)的濕度變大，故系統(tǒng)通過步進電機這個執(zhí)行機構(gòu)來控制排風(fēng)門的開關(guān)方向及開度，進而控制排出的濕氣量而達到工藝要求。該設(shè)計分為硬件與軟件兩大部分，以個人計算機為硬件平臺，配合數(shù)據(jù)采集卡、傳感器、信號調(diào)理電路完成硬件配置，采用當(dāng)前最為流行的LabVIEW8.6為軟件開發(fā)平臺。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

該烤煙測控系統(tǒng)硬件由三部分組成：濕度采集模塊、濕度信號調(diào)理模塊和濕度控制模塊。

2.1濕度采集模塊

濕度采集模塊即為濕度傳感器，本模塊用包著蘸水紗布的熱敏電阻作為傳感器，來測量裝煙室內(nèi)水汽的溫度，根據(jù)干濕球溫度計原理和干球溫度與濕球溫度關(guān)系，即可采集到環(huán)境的濕度信號。

干濕球溫度計是利用水蒸發(fā)時要吸熱降溫，而蒸發(fā)的快慢（降溫的多少）和當(dāng)時空氣中的相對濕度有關(guān)這一原理制造而成的，其構(gòu)造是用兩個溫度計，一個在玻璃球底部用白紗布包好，將紗布的另一端浸在水槽里，毛細(xì)作用使紗布經(jīng)常保持潮濕，此為濕球。另一個未用紗布包裹裸露在空氣中的溫度計，謂之干球（干球表示環(huán)境溫度），如果空氣中的水蒸氣沒有飽和，濕球的表面不斷地蒸發(fā)水汽，并吸收汽化熱。因此濕球所表示的溫度都比干球要低?？諝庠礁稍铮穸仍降停?，蒸發(fā)越快，不斷的吸收汽化熱，使?jié)袂蛩镜臏囟冉档?，而與干球間的溫差增大。相反，當(dāng)空氣中的水蒸氣呈飽和狀態(tài)時，水份便不再蒸發(fā)，也不吸汽化熱，濕球和干球所示的溫度，即會相等。我們可以通過干濕溫度計的差值及當(dāng)前溫度，查出現(xiàn)在的濕度。

本系統(tǒng)則是利用這一原理逆向推理，通過烘烤工藝所要求的濕度參數(shù)來推出所要求的水的溫度，通過控制烤房內(nèi)水的溫度（濕溫）進而達到控制烤房中相對濕度的目的。

2.2濕度信號調(diào)理模塊

信號調(diào)理部分由數(shù)據(jù)采集卡和信號調(diào)理電路組成。

（1）數(shù)據(jù)采集卡：有效地將外部硬件設(shè)備與計算機相連。

采集卡參數(shù)要求為：

①輸出輸入范圍：0～5v模擬輸入輸出

②采樣周期：2秒/次

③4路模擬輸入；

（2）信號調(diào)理電路：將熱敏電阻輸出的微小電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集卡可識別的0～+5V的信號。

該電路的特點是：差動輸入端分別是兩個運放的同相輸入端，因此有很高的輸入阻抗。

2.3濕度控制模塊

采集到的濕度信號經(jīng)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后送到濕度控制程序后，將濕度控制輸出量由采集卡的IO0，IO1，IO2，IO3口輸出給步進電機，從而控制濕度。

濕度控制是通過控制裝煙房墻壁上的排風(fēng)門開度實現(xiàn)的，根據(jù)濕度與設(shè)定值的差值來設(shè)定排風(fēng)門開度的大小，排風(fēng)門的控制采用步進電機，根據(jù)歷來現(xiàn)場的實際操作經(jīng)驗，濕溫每超出設(shè)定值0.5癈，排風(fēng)門的開度增大18度，當(dāng)濕溫低于設(shè)定值0.5癈，排風(fēng)門的開度減小18度。排風(fēng)門最大開啟90度，最小為0度。當(dāng)濕溫高于設(shè)定值2.5癈，排風(fēng)門將保持在90度不變，當(dāng)濕溫低于設(shè)定值的2.5癈時，則關(guān)閉排風(fēng)門即0度不變，直到符合設(shè)定濕溫指標(biāo)為止。

系統(tǒng)選用四相四拍，步距角為1.8度的步進電機。正反轉(zhuǎn)控制通過改變步進電機的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向，當(dāng)電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DA-AB時為正轉(zhuǎn)，通電時序為DA-CD-BC-AB-DA時為反轉(zhuǎn)。

驅(qū)動步進電機采用的是恒壓恒流橋式驅(qū)動芯片L298N。按照濕度環(huán)境條件，對采集卡的IO0，IO1，IO2，IO3口輸出口進行信號的輸出控制。

3軟件設(shè)計

軟件設(shè)計分為濕度信號的采集和濕度控制兩個模塊。

數(shù)據(jù)采集模塊完成對數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動以及各項參數(shù)設(shè)置，如通道設(shè)置、增益、讀寫狀態(tài)等。實現(xiàn)方法是在LabVIEW界面下調(diào)用采集卡提供的AIsimple函數(shù)，通過采集卡AI0，AI1，AI2，AI3四個通道同時對濕度信號進行采集。之后連接解析簇函數(shù)unbundle函數(shù)解析出一維電壓值數(shù)組，再由索引數(shù)組函數(shù)IndexArray給函數(shù)四個索引端口連接索引值，element參數(shù)輸出該索引值對應(yīng)的電壓值。最后經(jīng)過濕度四路求平均，求出傳感器采集的烤房內(nèi)的濕度電壓值，經(jīng)過換算得出濕度值。

由于數(shù)據(jù)采集卡輸出的是濕度對應(yīng)的電壓，因此要把濕度設(shè)定值T在與采集的電壓量比較之前應(yīng)該將其轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的電壓量。經(jīng)過仿真，該系統(tǒng)克服了控濕的煩瑣操作和夜間觀察調(diào)節(jié)的諸多不便，大大降低了烘烤勞動強度，有效提高上等煙比例，有利于烤煙烘烤質(zhì)量的穩(wěn)定和提高。在煙葉生產(chǎn)中具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻

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