基于单片机的自动增氧控制器设计

基于单片机的自动增氧控制器设计
浙江海洋学院机电工程学院俞红杰单海校
中国人民解放军第4806工厂蒋炼强
摘 要 介绍了一种基于AT89C51单片机控制的自动增氧控制器。

它可以通过键盘操作实现对数据采集、显示及控制等功能,系统软件采用汇编语言编写,在软件设计中,采用了数字技术消除干扰,提高了抗干扰能力。

该控制器具有操作方便、准确、体积小、经济、抗干扰能力强的特点。

关键词 单片机增氧机自动控制
基金项目:浙江海洋学院科研资助项目(X03L16))
1系统功能描述
自动增氧控制器是一种随时检测水中溶解氧
并根据氧气浓度自动控制增氧机的装置。

它采用
极谱型复膜氧电极作为溶氧传感器,以AT89C51
单片机作为检测和控制核心,采用可控硅和光电
耦合器控制增氧机和报警等电路。

系统结构如图
1所示。

图1系统结构示意图
2硬件设计
2.1总体结构
自动增氧控制系统由单片机控制电路、信号
处理电路、控制电路、键盘输入及显示电路、声光
报警电路和增氧机工作状态检测电路等部分组
成,系统硬件电路框图如图2。

图2系统硬件电路框图
2.2信号采集电路
信号采集电路由溶氧传感器、温度传感器和
A/D转换器组成。

氧探头和温度探头转换的信
号较弱,进行A/D转换前先用放大器进行放大处
理。

利用ADC0809转换器8通道可实现水中溶
解氧和温度等多个参数的多路信号采集和转换。

为防止输出电压过大损害A/D转换器,进行模数
转换前应加限幅保护电路,使其输出电压在0~5
V。

2.3单片机控制电路
由于采集到的信号是连续变化的模拟量,不
能被单片机直接处理,所以,必须把这些模拟量转
换成数字量后才能够输入到单片机中进行处理,
这里选用了经济实用的ADC0809来完成模数转
换。

ADC0809与AT89C51的连接如图3所示。

图3AT89C51与ADC0809的连接图
虽然本设计中只用了通道I N0和I N1,但是
为了方便以后的扩展,地址选择线ABC接到了地
址总线的低3位。

ADC0809片内具有三态输出
锁存缓冲器,可直接与单片机的数据总线相连,这
里将它的数据输出口直接与单片机的数据总线
P0口相连,AT89C51的P0口作为数据总线,又作为低8位地址总线。

ADC0809的片内没有时钟信号必须由外部提供,这里利用AT89C51提供的地址锁存允许信号ALE 经计数器74LS163构成的4分频器分频获得。

ALE 引脚的频率是单片机时钟频率的1/6,单片机的时钟频率为12MH z ,则ALE 引脚频率约为2MH z ,再经4分频后为500k H z ,所以ADC0809能可靠工作。

如图3所示,放大后的电压信号送入ADC0809的模拟输入通道进行A /D 转换。

将P2.7(地址总线的A15)作为片选信号,由AT89C51的写信号WR 和P2.7控制ADC0809的地址锁存ALE 和转换启动START,当ADC0809的START 启动信号输入端为高电平时,A /D 开始转换,在时钟的控制下,一位一位地逼近,比较器一次次进行比较,转换结束时,送出转换结束信号EOC (低到高),并将8位数字量D7~D0锁存到输出缓存器。

AT89C51的读信号RD 端发出一个输出允许命令输入到ADC0809的ENABLE (即OE)端,ENABLE (OE)端呈高电位,用以打开三态输出锁存器,AT89C51从ADC0809读取相应电压数字量,然后存入数据缓冲器中。

2.4
增氧机控制电路
增氧机控制电路主要有光电耦合器和可控硅组成。

单片机发出控制信号,经驱动器后控制光电耦合器的工作状态。

当光电耦合器工作后,使得可控硅的触发极处于高电平,可控硅处于导通状态,进而控制增氧机工作。

而使用光电耦合器有效地降低了外部干扰对系统的影响,增强了系统的可靠性。

2.5
键盘输入、显示及报警电路
键盘由复位键、模式键、加一键和移位键组
成。

当系统进入死机状态时,通过复位键使系统工作。

通过模式键、加一键和移位键的组合可设定溶解氧和温度的上下限,控制增氧机的开停及声光报警电路的工作与否。

当信号采集电路采集到的溶解氧大于设定值上限时,系统则停止增氧机工作;反之,则开启增氧机工作。

当温度信号高于设定值上限或低于设定值下限时,系统则启动声光报警电路。

一旦发现水中溶解氧和温度不正常时,则由单片机I /O 口的P1.0控制发光二极管
进行光报警。

同时,P1.6还触发无源蜂鸣器用声
报警提醒检测人员注意。

显示电路采用16!2字符型点阵式LCD 显
示器,用于显示控制器采集到的溶氧量和温度值,以及溶氧量和温度的上下限设定值。

利用单片机P1口作为液晶显示器数据输入端口。

输入的数据为ASC II 码,显示模块自带驱动电路,可直接与单片机相连。

3软件设计
3.1
总程序结构设计
整个系统的软件包括主程序、自检程序、通信程序、数据采集程序、数字滤波程序、比较判断子程序、报警控制程序及键盘显示程序等若干个子程序。

软件采用汇编语言编写,并采用模块化设计,使程序结构清晰,便于今后进一步扩展系统的功能。

软件结构如图4。

主程序初始化以后置位AT89C51的中断EA,使CPU 开放中断,并启动ADC0809对I N 0和I N 1通道的模拟输入量进行A /D 转换。

在电路设计中,ADC0809与AT89C51是采用中断方式连接的,所以系统的数据采集处理功能是在中断服务程序中完成的。

当AT89C51响应中断请求后,调用中断服务程序,中断服务程序进行压栈,保护现场,读取来自ADC0809数据输出口的8位数字量,并将数字量储存到单片机RAM 中,然后启动ADC0809的下一次转换。

图4
程序结构
在检测过程中,将A /D 转换器采集到的电压信号经数据软件滤波后存入内部RAM 以70H 为首址的数据存储器中,然后将此数据U x 分别和
基准电压U 0、U 1进行比较。

而后再通过判据算法,以确定是否控制增氧机的工作及报警。

3.2
滤波设计
设计一个采样周期,对通道0连续采样6次,
臭氧设备在水产品加工中的应用
1臭氧在水产品加工车间中的应用
水产品加工车间一般是高湿环境,此时环境中的病毒和细菌的细胞壁较疏松,易被臭氧穿透杀灭,相对湿度为80%~90%,臭氧具有很强的杀菌作用。

要达到杀菌效果,根据卫生部 消毒技术规范和实际应用经验,三十万级取2.5m g/L,十万级取5m g/L,万级取15m g/L。

合理的投加臭氧量使车间环境中的臭氧浓度达到规定的要求,并做相应的验证工作。

不仅要考虑投加量,并且注意臭氧设备有效扩散范围。

水产品车间灭菌效果验证,臭氧产量3000 m g/h,车间空间体积46m3,将臭氧发生器放置于室内高1.8m处,空气微生物采样器置于室内中间1m处,连接好采样管,以28.3L/m i n的流量采样5m i n,试验温度27~28∀,相对湿度65%~76%,开机作用60m i n,对空气中的自然菌消亡率最高达96.98%。

2臭氧水在水产品加工中的应用
臭氧水对水产品中存在的大肠菌、沙门氏菌、荧光菌、霍乱菌、肝炎病毒等革兰氏阴性菌,有很好的杀菌效果。

臭氧在水中的溶解度,随着温度降低,压力提高而提高。

臭氧与自来水混合的方法有气液混合泵、强力负压混合、氧化塔,臭氧水浓度必须达到一定值(#5m g/L),否则难以保证杀菌效果。

利用臭氧水有两种方法:一是浸渍法,即是在浸渍槽的冷水中注入臭氧,对鱼贝类等进行清洗与杀菌。

浸泡槽中的臭氧水应该是循环流动的,水产品浸泡时消耗大量的臭氧,臭氧水不断的打循环,维持浸泡槽中臭氧的浓度,以达到杀菌效果。

二是喷淋法,即是用喷淋器对鱼贝类等进行洗净和杀菌,效果会差一些。

臭氧水能分解鱼贝类及水产加工品的异臭味,因臭氧可将臭味的成分∃∃∃硫磺化合物,变成无臭物。

臭氧水在鳗鱼、比目鱼、章鱼、鱿鱼、金枪鱼、马鲛鱼、牡蛎、贝类、海苔类等加工中应用较多。

水产品生产企业选购臭氧发生器时,应优先考虑以下因素:中/高频放电式、石英介电管式、密封式结构、洁净干燥的气源,臭氧水机要采用水冷却方式,以及合理的臭氧投加量,环境杀菌时臭氧有效的扩散范围,臭氧水机的混合方式等。

要充分了解臭氧特性和臭氧的发生原理,选择性价比高的产品,符合QS、HACCP认证的要求,以提升水产品的卫生质量和产品竞争力。

% (上海康特环保科技发展有限公司葛良平)
然后去掉最大和最小值,把剩余的累加和求算术平均值作为本周期采样值。

存入内部RAM以30H为首址的数据存储器中。

其中,R2寄存器存放最大值,R3寄存器存放最小值,R4寄存器存放累加和,R0存放连续采样次数。

3.3报警设计
本设计采用的是全软件报警程序。

采样参数经滤波处理后的值存在70H寄存器中。

上、下限报警值以及上、下限复位值分别存在50H为首地址的寄存器中。

报警标志单元为内部RAM20H,其中02H为上限报警标志位,03H为下限报警标志位。

若上、下限报警标志位置位,则P1.0和P1.6输出高电平,进行声光报警。

4结束语
基于单片机控制的自动增氧控制器充分发挥了单片机的控制运算及数据处理等功能,在样机测试表明:该控制器不仅操作方便、准确、抗干扰能力强、良好的可靠性,并且节能效益明显,具有重要的实用价值与经济效益。

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参考文献
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&作者简介∋俞红杰(1973∃),男,浙江舟山人,讲师,浙江工业大学硕士研究生,研究方向:自动控制与应用。

[通讯地址:(316004)浙江舟山市海院路18号]。