基于单片机的智能衣物烘干机设计

1. 做基于PLC的智能大棚监控系统，要选用什么传感器来测量大棚内的温度，湿度，二氧化碳含量，光照强度

TSL230，研制快速无
损、可现场测定植物叶片水分含量的检测仪器。文章阐述了仪器的工作原理、硬件构成、软件设计及校正模型。
该仪器的使用简化了信号采集电路，减少了噪声的引入，提高了信号采集的准确性。

关键词：光频转换器；TSL230；活体植物叶片；水分检测
中图分类号：TH744 文献标识码：A

在农业生产上，判断植物是否缺水是非常必要的工
作。为了在田间现场快速的获取植物含水量信息，可对
植物叶片水分含量进行测试。依据水分在近红外区域
的光谱特性，选取 980nm作为水分吸收的特征波长，890nm作为参比波长建立预测模型。系统采用透射法测
量，光源由近红外 LED提供。在 980nm波长处叶片中
叶绿素及其他成分对光的吸收很小，对于同一种植物的
叶片，忽略掉透射光的强度受到样品的厚度及透射过程
光路的不规则影响，叶片水分多则吸光多，水分少则吸光
少，从而通过检测放置叶片前后光强的变化，判断叶片中
水分含量的多少。

1系统的硬件设计及实现

仪器的整体设计采用模块化思想，选择 MSP430超
低功耗单片机作为系统的核心。各子模块为光源、检测
器、温度传感器、液晶显示、键盘控制、数据存储、串口通
信等。硬件系统的信号采集部分包括光源、窄带干涉滤
光片、样品室和检测器。光源和滤光片用于产生某种波
长的单色光，以此作为作用光，穿透样品室中的样品，透
射光成为承载样品信息的分析光。

对光信号进行检测和测量，一般方法是利用光电传
感器将光信号转换成电流或者电压形式的电信号。由于
一般光电传感器输出的电信号比较微弱，且携带干扰信
息，因此需要使用运放对信号进行放大，设计滤波电路滤
除噪声。经过处理的信号是模拟信号，必须采用 A/D (模
数 )转换器，将模拟信号转换成数字信号才能被单片机识
别处理。这种方法电路结构复杂，而且容易引入干扰信
号，降低系统信噪比，从而影响测量精度。

本系统选用了 TI公司的 TSL230作为检测器。该器
件采用先进的 LinCMOS工艺，主要由多晶硅光电二极管
和单片 CMOS电流频率集成转换器构成。光强转换成

文章编号：1009-2374（2011）01--0030-02

相应的脉冲频率，分辨率极高，不受外围元件的影响。输
出频率为 100KHz时非线性误差仅为 0.2%。不需外接
元件即可完成高分辨率的光频转换。图 1为照度与输
出频率的对应关系。系统光源的波长 890nm和 980nm
处在 TSL230的光谱响应区间，适合本系统的测量要求。
TSL230的灵敏度、分频输出可由程序控制。

1.1TSL230灵敏度及分频系数设定
可编程光频转换器 TSL230的感光部分由 10×10
个硅光电管组成，这些光电管将光信号转换成电流，电流
强度与照射光强度成正比。改变灵敏度的实质是改变光
电管阵的有效面积，使用电子虹膜技术，控制有效的通光
口径，以达到控制灵敏度的目的。TSL230的灵敏度有三
个级别：1×、10×、100×，通过设置输入引脚 S0、S1来
进行选择。改变灵敏度可以改变输出频率的满量程范围。

TSL230输出频率的分频是靠内部的一个可编程计
数器对电流 /频率转换器输出的基本信号进行计数来完
成的。分频系数由输出端的 S2、S3控制，可对信号进行
1分频、2分频、10分频和 100分频，输出信号为方波。

1.2TSL230与单片机接口电路
系统用到 MSP430内部两个 16位定时器 TA、TB。

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TA由一个十六位定时器和多路比较 /捕获通道组成。
TB在捕获比较模块中比 TA增加了比较锁存器，其他机
构与 TA几乎相同。系统软件设定 TA用于捕获外来脉
冲信号，TB用于定时。检测器 TSL230将光强转换为方
波或者脉冲信号输出，连接到 MSP430的 TA输入接口，
TA捕获到频率信号产生中断，在中断函数中对频率信号
进行计数；TB选择定时器工作方式，设定一定的时间进
行高低电平的翻转，在 TB的中断中实现对 TA计数的控
制。整个流程为：在 TSL230接收到外部光强，并把光强
转换成频率信号被 TA捕获进单片机以后，在TB设定的
时间内，单片机对捕获的信号进行计数，光强与计数值正
比对应。TSL230与单片机接口电路如图 2所示。其中
IO口P63、P64用来设定 TSL230的灵敏度，P65、P66
控制分频输出，P11输出频率信号。

2软件设计

系统的软件设计分为两部分：单片机软件驱动和上
位机界面设计。单片机软件采用模块化程序设计，分别
完成数据的采集、计算、显示及数据传送。上位机软件部
分为在 PC上实现对串口传输的数据进行存储、图形显示
及水分预测。

3实验及分析

实验对象为紫荆叶片，利用本仪器测量叶片光谱信
息并将测量数据上传至 PC机。用烘干法测定叶片水分
标准含量，计算出叶片水分含量鲜重比 (即水分真实值 )。
建立吸光度与水分真实值之间的数学模型。校正集和预
测集随机，图 3为其中一种随机情况下预测集的水分预

测值与水分真实值之间的散点图，预测结果与水分真实
值相关性达到了 0.9。由于仪器光源部分只采用了一个
水分特征波长，预测随机性较为明显，可在信号采集模块
增加水分特征波长处的光源来进行改良，进而增加水分
预测的稳定性和准确性。

4结论

该测试仪器主要由 MSP430单片机、光频转换器
TSL230、存储器等电路组成，结构简单，稳定性及重复
性良好、操作方便、体积小 (15cm×8cm×3cm)、成本
低，超低功耗，具有很好的便携性，易于实现仪器的商
品化。

参考文献

2. 电气工程自动化专业(毕业论文)

1、 高压软开关充电电源硬件设计
2、 自动售货机控制系统的设计
3、 PLC控制电磁阀耐久试验系统设计
4、 永磁同步电动机矢量控制系统的仿真研究
5、 PLC在热交换控制系统设计中的应用
6、 颗粒包装机的PLC控制设计
7、 输油泵站机泵控制系统设计
8、 基于单片机的万年历硬件设计
9、 550KV GIS中隔离开关操作产生的过电压计算
10、 时滞网络化控制系统鲁棒控制器设计
11、 多路压力变送器采集系统设计
12、 直流电机双闭环系统硬件设计
13、 漏磁无损检测磁路优化设计
14、 光伏逆变电源设计
15、 胶布烘干温度控制系统的设计
16、 基于MATLAB的数字滤波器设计与仿真
17、 电镀生产线中PLC的应用
18、 万年历的程序设计
19、 变压器设计
20、 步进电机运动控制系统的硬件设计
21、 比例电磁阀驱动性能比较
22、 220kv变电站设计

23、 600A测量级电流互感器设计
24、 自动售货机控制中PLC的应用
25、 足球机器人比赛决策子系统与运动轨迹的研究
26、 厂区35kV变电所设计
27、 基于给定指标的电机设计
28、 电梯控制中PLC的应用
29、 常用变压器的结构及性能设计
30、 六自由度机械臂控制系统软件开发
31 输油泵站热媒炉PLC控制系统设计
32 步进电机驱动控制系统软件设计
33 足球机器人的视觉系统与色标分析的研究
34 自来水厂PLC工控系统控制站设计
35 永磁直流电动机磁场分析
36 永磁同步电动机磁场分析
37 应用EWB的电子表电路设计与仿真
38 电路与电子技术基础》之模拟电子篇CAI课件的设计
39 逻辑无环流直流可逆调速系统的仿真研究
40 机器人足球比赛图像采集与目标识别的研究
41 自来水厂plc工控系统操作站设计
42 PLC结合变频器在风机节能上的应用
43 交流电动机调速系统接口电路的设计
44 直流电动机可逆调速系统设计
45 西门子S7-300PLC在二氧化碳变压吸附中的应用
46 DMC控制器设计
47 电力电子电路的仿真
48 图像处理技术在足球机器人系统中的应用
49 管道缺陷长度对漏磁场分布影响的研究
50 生化过程优化控制方案设计
51 交流电动机磁场定向控制系统设计
52 开关电磁阀流量控制系统的硬件设计
53 比例电磁阀的驱动电源设计
54 交流电动机SVPWM控制系统设计
55 PLC在恒压供水控制中的应用
56 西门子S7-200系列PLC在搅拌器控制中的应用
57 基于侧抑制增强图像处理方法的研究
58 西门子s7-300系列plc在工业加热炉控制中的应用
59 西门子s7-200系列plc在电梯控制中的应用
60 PLC在恒压供水控制中的应用
61 磁悬浮系统的常规控制方法研究
62 建筑公司施工进度管理系统设计
63 网络销售数据库系统设计
64 生产过程设备信息管理系统的设计与实现

3. 怎样用PID算法对恒温箱的温度进行控制，求相关的51单片机汇编程序

本设计要求：本温度控制系统为以单片机为核心，实现了对温度实时监测和控制，实现了控制的智能化。设计恒温箱温度控制系统，配有温度传感器，采用DS18B20数字温度传感器，无需数模拟∕数字转换，可直接与单片机进行数字传输，采用了PID控制技术，可以使温度保持在要求的一个恒定范围内，配有键盘，用于输入设定温度；配有数码管LED用来显示温度。
技术参数和设计任务：
1、利用单片机AT89C2051实现对温度的控制，实现保持恒温箱在最高温度为110℃。
2、可预置恒温箱温度，烘干过程恒温控制，温度控制误差小于±2℃。
3、预置时显示设定温度，恒温时显示实时温度，采用PID控制算法显示精确到0.1℃。
4、温度超出预置温度±5℃时发出声音报警。
5、对升、降温过程没有线性要求。
6、温度检测部分采用DS18B20数字温度传感器，无需数模拟∕数字转换，可直接与单片机进行数字传输
7、人机对话部分由键盘、显示和报警三部分组成，实现对温度的显示、报警。

需要的话联系用户名扣扣

4. 怎样用PID算法对恒温箱的温度进行控制，求相关的51单片机汇编程序

本设计要求：本温度控制系统为以单片机为核心，实现了对温度实时监测和控制，实现了控制的智能化。设计恒温箱温度控制系统，配有温度传感器，采用DS18B20数字温度传感器，无需数模拟∕数字转换，可直接与单片机进行数字传输，采用了PID控制技术，可以使温度保持在要求的一个恒定范围内，配有键盘，用于输入设定温度；配有数码管LED用来显示温度。
技术参数和设计任务：
1、利用单片机AT89C2051实现对温度的控制，实现保持恒温箱在最高温度为110℃。
2、可预置恒温箱温度，烘干过程恒温控制，温度控制误差小于±2℃。
3、预置时显示设定温度，恒温时显示实时温度，采用PID控制算法显示精确到0.1℃。
4、温度超出预置温度±5℃时发出声音报警。
5、对升、降温过程没有线性要求。
6、温度检测部分采用DS18B20数字温度传感器，无需数模拟∕数字转换，可直接与单片机进行数字传输
7、人机对话部分由键盘、显示和报警三部分组成，实现对温度的显示、报警。
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5. 全自动枸杞烘干机控制器

主要特点

1、能满足燃煤或电加热烤箱的不同控制要求

2、风机正转、反转控制；

3、单路冷风门或排湿风机排湿控制输出；

4、语音或短信报警提示；

5、使用数字温湿度传感器和工业级高性能单片机、模块化设计、稳定可靠；

6、分段式烘烤工艺，内置多套成熟工艺曲线，用户可自选，也可自设，满足不同农副产品烘烤需要；

7、可自动控制和手动控制加热设备和排湿设备工作；

8、历史状态数据记录（温湿度记录、设置记录）和查询；

9、实时检测循环风机电压、电流，过载、过流即时报警；

10、时检测电网工作电压，具有欠压、过压报警功能；

11、兼容干湿球和相对湿度传感器；

12、多台控制器自动组网集中监控功能;

技术指标

指标名称

指标参数

工作电压

AC380V±20%/AC220V±20%

加热控制方式

燃煤/电加热（单相/三相）/热泵

温度检测范围

0～99.9℃

温度分辨率/精度

0.1℃/0.5℃

温度控制精度

±2℃

湿度检测范围

相对湿度：5%～99%；干湿球：0～99.9℃

湿度分辨率/精度

相对湿度：1%/3%；干湿球：0.1℃/0.5℃

湿度控制精度

相对湿度：±1.5%；干湿球：±1.5℃

传感器线长

4.5米，标配：干湿球温湿度选配：相对温湿度传感器

控制输出容量

鼓风机

继电器输出，最大导通电流3A/AC220V,额定功率≦750W

冷风门

单冷风门控制

继电器输出，最大导通电流0.8A/DC12V或10A/AC220V

循环风机

继电器输出，最大导通电流40A/AC380V（大功率风机可配交流接触器），风机额度功率≦3.5KW

排湿风机

继电器输出，最大导通电流10A/AC220V,额定功率≦500W

电加热

继电器输出，单相加热功率≦15KW，三相电加热功率≦40KW

热泵

继电器输出，最大导通电流10A/AC220V

通讯方式

RS485/GSM/ZigBee

外壳材料

ABS阻燃塑料（阻燃达到民用V—1级）

外壳防护等级

IP54M

外型尺寸

330*250*100mm