智能化木材干燥窑的数据采集系统

木材干燥是木材加工过程的关键环节，而木材干燥质量与木材干燥过程中现场温度、木材平衡含水率、木材含水率等参数的检测精度直接相关。
目前，蒸汽窑干燥大多采用半自动或全自动控制系统，但数据采集系统大多仍沿用干湿球法测窑内湿度，称重法测木材含水率。这些方法需要人工计算或查表，不仅效率低，影响测量精度，也难以实现全自动控制。本文介绍了基于AT89C55双CPU为主控器的智能化木材干燥窑数据采集系统，该设计不但能完成对干燥过程参数在线高精度测量，满足全自动控制的要求，而且对于木材干燥自动控制的实施具有现实的意义。
1硬件电路设计智能化木材干燥窑数据采集系统的硬件原理如所示，该系统主要由以下4部分组成。
智能化木材干燥窑数据采集系统的硬件原理图木材干燥窑内各点的温湿度随位置的不同而分布不均匀，尤其在风机推动气流换向时，各点数值差异较大。为提高测量精度，对于窑内不同位置，输入的模拟信号采用多点检测的方式。设置为2点温度、2点平衡含水率（EMC）、6点木材含水率（MC）。
1.1.1温度检测温度传感器采用Pt1W铂热电阻。它性能稳定，重复性好，其电阻值与温度之间线性度好，电阻温度系数在0~1⑴°〔之间的平均值为。3850/°0检测电路采用恒流源供电的四线制，并通过差值法消除导线误差。如所示，恒流源由程控激励源1给出，消除因电源波动产生的测温误差；差值法使连接导线上的附加电压通过求差被消除，且输出电压与铂热电阻阻值成线性关系（19.25mV/*C）；放大电路采用高输入阻抗、高共模抑制比的仪器放大器CA3140以消除通道差异；模拟开关组1选用TEXAX公司的74HC4052（高速CMOS模拟电子开关）依次输入温度信号。
1.1.2含水率检测含水率检测包括木材含水率和平衡含水率检测。
木材含水率传感器采用钢钉，利用电阻法检测被干燥木材含水率的数值。针对木材含水率在5~95范围内对应的等效电阻变换范围宽（几百G到几k）的特点，测量电路采用高精度斩波自稳零放大智能化木材干燥窑的数据采集系统曹军张佳薇（东北林业大学机电工程学院，哈尔滨150040）校准程控麻2校准卜桎控1*波器ICL7650，配合一片CD4052构成可编程放大器（见），对含水率分段测量。为克服长时间在被测木材上施加单向测量电压产生极化效应，由程控激励源2提供定时换向的*5V电压源。模拟开关组2选用MAXIM公司的MAX338（低漏电CMOS模拟开关）顺序采样木材含水率和平衡含水率信号。
在含水率检测过程中，为了弥补因内部元件参数性能或外部工作条件变化带来的误差，设置了动态补偿单靠性、稳定性都会降低。因此，该系统采用双CPU结构。主CPU负责数据采集，运算，实时动态补偿等前期任务；副CPU负责显示，通信，温度补偿等工作。双CPU间采用并行通信，利用CPUi的P口和CPU2的Pi口作为并行通信总线，其优点在于数据传输的速度比串行方式快得多。该设计可以使软件资源分配及设计均相对独立，宜于修改程序，且工作可靠，稳定性高。
1.4人机扩展接口部分元。在每次测量周期中进行自校准：在CPU开始工作HD7279A是一种管理键盘和LED显示器的专用的乃周期内，将输入端自动接地，得到U值并存储；智能控制芯片。它能对8位共阴极LED显示器或64 T2周期内将标准电压接入进行测量得到Us值并存储；再在T3周期内将待测电压接入测得Ux值后存储，然后可对这三个数值按一定的公式进行计算处理，求得其的折算待测值。这样可有效提高检测精度。
平衡含水率传感器采用湿度试纸，同样基于电阻法检测原理，所以与木材含水率共用同一检测电路。
1.2V/F变换部分V/F变换是振荡频率随控制电压变化的振荡电路。在数据采集系统的设计中，把各采集点信号所产生的电压变化转换为频率信号直接送至单片机计数。
该设计选用IM331实现V/F变换，输出直接与单片机的T相连，节省了单片机硬件资源。其优点在于转化精度高、抗干扰能力强、线性度好、电路简化以及成本低等。它的输入电压（~5V）与输出频率的对应范围为0~100kHz. 1.3主控器该设计选用ATMEL公司近年推出的带有20K字节闪存存储器（flashmemory）和内部256字节RAM的AT89C55单片机作为主控器。
1中所述，该系统由单片机对温度、湿度、木材含水率等10个参数分配地址自动巡测。温度需运算求得；木材含水率、平衡含水率需经切换通道、切换量程、计算、查表、温度补偿等处理后得到，若再与上位机的通信和数据显示放在处理器上，系统的实时性、可个LED发光管进行管理和驱动，同时能对多达8X8的键盘矩阵的按键情况进行监视，具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能，从而可以提高CPU工作的效率。HD7279A和单片机之间采用串行接口，其接口电路和外围电路简单，占用口线少，具有较高的性能价格比。
2软件设计单片机C51语言兼顾了多种语言的特点，具有库函数丰富，运算速度快、可移植性好、占用资源少和可靠性高等优点。因此，智能化木材干燥数据采集系统软件主要采用C51语言设计。整个系统采用模块化设计，主要由主程序，温度、MC、EMC数据采集子程序，动态补偿子程序，数据处理子程序，查表子程序，并行通信子程序，温度补偿子程序，显示子程序，串行通信子程序等组成。
2.1CPU程序设计主CPU流程图如所示，主要完成自动巡测、参数动态补偿、数据处理、并行通信等功能。在自动巡测中，单片机的Pi口控制模拟电子开关依次选通采样点的通道，并根据被测木材含水率，自动切换量程。对于每一点采集的数据，通过软件编程完成实时动态补偿，数据经计算、查表等处理后转换为对应的温度值、EMC、MC值。经并行通信，数据传输给副CPU处理。
主CPU程序设计流程。2副CPU程序设计副CPU流程图如所示。主要完成显示数据、并行通信、温度补偿、与上位机通信等功能。当副CPU进入外部中断0后，接收主CPU发送的数据。中断结束，利用实时采集的温度值对平衡含水率、木材含水率进行温度补偿。处理后的数据送至显示数据单元和上位机通信单元用于显示和传送至上位机。
副CPU程序设计流程结束语该系统于2002年10月设计调试完成，运行期间系统稳定，工作可靠，实时性强，使用方便，抗干扰能力较强，减少了操作工人劳动量，提高了木材干燥效率。
该系统的测温范围为一0.1*G平衡含水率和木材含水率测量范围为3