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作者：郑州信息科技职业学院 姚晓林 童钦 杨云杰
指导教师：曲豪 袁正道

　　作品简介

　　一、开发背景
　　小型烤房智能控制系统属于自动控制产品范畴，目前市场上较常用的产品多为人机面对面控制，对烟叶烤房内温湿度进行实时检测，根据检测到的数据适时启动循环或排湿风机，并由人工操作加热装置，人机接口不直观，自动化程度不高。我们结合自动控制技术和智能无线通信的特点设计了本产品，除具备实时检测烤房内温湿度数据并驱动风机、加热器等装置进行烤烟流程的自动控制外，采用了性价比较高的彩色液晶显示器来作为人机交互接口，用户还可以远程无线控制烤房的工作过程，极大方便了小型烤烟用户的工作需求。

　　二、结构说明　　

 　　本产品采用大赛提供的STC15核心板作为主控板，系统的输入部分有两路AM2301温湿度传感器，用户调整按键等，输出部分包括外排湿风机、内循环风机、加热装置以及超限声光报警、彩屏显示等装置，单片机的UART0口外接GSM短信模块TC35i，此外，时钟芯片PCF8563的引入可以方便的为系统检测的数据添加时间标签。

　　三、功能与使用说明
　　功能说明：
　　功能一：本产品可用于体积在100m3的小型烟叶烤房内使用，2.4寸彩屏将检测到的温、湿度、风机、加热器等运行状态显示给用户。
　　能够结合用户设定的上下棚的温度湿度值，自动控制内循环风机及外排湿风机的启停、高低速度切换，使烤烟房的温、湿度满足工作需要。当采样数据超过用户预定值时，能够自动启动风机、加热器及自动声光报警等联动装置。
　　功能二：本产品的GSM短信模块TC35上安装有SIM手机卡，当检测到信号超过一定限值时，可以给用户发送紧急短消息提示。用户也可以远程发送手机短消息查看其采样数据信息、发短消息控制外排湿风机、内循环风机的启停。实现了烤烟控制系统的远程无线遥控。

　　使用说明：
　　●本产品的主控板采用5V 电源供电。
　　●本产品的无线通信GSM短信模块TC35I采用12V电源供电。
　　●设定温湿度值时，按下“设定”键来切换到设定内容，再按下“确定”及“+”、“-”按键可以对相关内容进行设定。
　　●检测温度范围是0—80℃，湿度范围是0-100%RH，开机后，用户首先设定第一档温湿度极限值，控制系统能自动控制内循环风机和外排湿风机的启停及其变速运行。
　　●当实际温度值低于第二档极限值值时，能给用户发送报警短消息，并启动声光报警。
　　●用户通过手机发送短消息指令“CX”，可以查询烤房的实时采样数据，发送指令“KXH”或“GXH”可以打开或关闭内循环风机、发送指令“KPS”或“GPS”打开或关闭排湿风机。

　　平台选型说明

　　1、主控板选择大赛提供的STC15单片机，速度是普通8051的8-12倍，能够满足本设计快速响应多任务的要求。
　　2、烤房内的温湿度传感器AM2301具有较宽的测量范围，能够满足产品要求。
　　3、GSM短信模块选择西门子的TC35，可以达到工业级的可靠与稳定，符合用户遥控的要求。
　　4、人机接口采用2.4寸的TFT彩色液晶，性价比高，外观美观。
　　5、烤房内的外排湿风机和内循环风机采用旧电脑上的风机来模拟，可以根据电源电压的不同调速。
　　6、烤房内加热装置使用一个发光二极管来模拟。

　　设计说明

　　一、本产品原理图如下(文件夹中的Protel原理图比较清晰)　　

 　　二、产品设计原理及设计方案
　　1、产品设计思路：
　　大赛提供的STC单片机是一款高速、高可靠、抗干扰能力强的新一代8051单片机，具有两组高速异步串行接口UART, 及大容量的片内SRAM，能够满足较复杂的工业控制需要。主控板上提供的时钟芯片PCF8563可以方便的为产品测量的数据添加时间标签，为今后监测到的数据进行综合分析提供依据。而烤房控制系统是烟农常用的、较复杂的自动化控制系统，目前市场上的产品也存在不少问题肆待改进。为此，我们通过市场调研，围绕小型烤房控制系统开展了系列研究探索，传统的产品大部分采用数码管显示测量的温湿度数据，能实现简单的温湿度排风等自动控制，但是设定烤房的工作模式操作起来十分麻烦，为了实现自动化程度更高烤房控制系统，满足人们日益快速的生活和工作节奏，我们设计了本产品，除了使得考烟过程自动化程度更高外，采用了友好直观的彩色液晶显示器，增加了远程无线遥控功能，使其更具有现代信息化产品的特征。

　　2、产品设计原理与方案
　　烤房控制系统监测的对象是烤房内上、下棚的温湿度，驱动输出的装置有烤房的内循环风机和外排湿风机、加热装置及声光报警系统。基于以上我们对传统产品要做的改进，我们先实现了彩色液晶显示屏的控制和GSM短信模块TC35的熟练使用，此外，根据实际烤烟工作过程设计一个合理的烤烟工作模式，也是程序设计中的重点。
　　下面分别从以下几个方面分别对本产品的设计原理和设计方案加以说明。
　　(1)采样烤房温湿度模块的设计原理与设计方案
　　对于温湿度采样，我们使用了两路温湿度传感器(AM2301)，分别对上、下棚温湿度值采样，单片机分别通过P2.0、P2.1读取采样数据传。
　　AM2301湿敏温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度传感器，它采用了专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。　　

 　　(2)人机接口--TFT彩屏显示模块的设计原理与设计方案
　　我们用2.4寸TFT彩屏显示当前实际温湿度值、设定温湿度值和风机运行状态，以及当前时间和设备运行时间。可以通过按键对设定温湿度值及时进行调整(调时长按加10减10、短按加1减1)。
　　2.4寸TFT液晶显示屏的数据引脚连接在主控芯片的P0.0~P0.7和P1.0~P1.7共16根，控制引脚连接在主控芯片的P4.1、P4.2、P4.4、P4.5、P5.4和P5.5共6根。　　

 　　(3)采样数据的无线传输与查询设计原理与设计方案
　　本产品的无线传输是在IAP15F2K60S2单片机的UART口,外接了性价比较高、工业级GSM模块，即西门子GSM短信模块 TC35I，GSM短信模块有SIM卡接口器和天线，可以发送短消息，当单片机检测的数据超过一定的限值后，能够将单片机采集的数据发送给用户，可以让用户及时做出处理。用户还可以在户外发送手机短消息来查询本产品实时采集的温湿度值，并可以通过发送短消息来控制内循环风机和外排湿风机的启停。　　

 　　(4)风机驱动变速的设计原理与设计方案。
　　当下棚温度值低于设定值2℃时内循环风机启动运行;当上棚湿度高于设定值3%RH时启动外排湿风机低速运行，高于6%RH时启动高速运行。
　　我们通过两个继电器的切换，来实现加在外排湿风机两端的电压，从而实现风机变速;另外一个继电器控制内循环风机。单片机的P2.7、P2.6、P2.5三个引脚通过达林顿管来驱动这三个继电器。　　

 　　(5)报警装置的设计原理与设计方案。
　　当实际温度值低于设定温度6℃、湿度值高于设定湿度10%RH时，系统能够启动声光报警，并给用户发送报警短消息，内容为当前实时采样的温湿度值。
　　我们采用压电蜂鸣器和发光二级管来实现声光报警，单片机的P2.3端口通过达林顿管来驱动压电蜂鸣器。　　

 　　(6)产品外观及烤房模型设计原理与设计方案
　　为了保护产品的主要控制部分，本产品采用一个塑料盒子改造后作为产品的外壳，具有防潮，抗震动，保护内部电路的作用。
　　此外，我们根据实际烤房制作了小型烤房模型，满足了系统测试的要求，更加贴近实际要求。　　

　　(7)下面是软件设计中的几个重要的程序流程图，包括主程序流程图、彩色液晶屏流程图、时间控制流程图、温湿度控制流程图和短信控制流程图。　　

　　作品特色

　　1.本产品实现了一个自动化控制程度较高的小型烤房控制系统，完成了用户通过无线遥控方法操作设备的功能，用户可以通过手机短信及时获取烤房控制系统的运行状态，并可以对产品进行及时可靠地远程控制。
　　2.本产品具备精确、灵敏的温湿度检测功能，根据检测结果准确、可靠的启动内循环风机或者外排湿风机，并具备高强度声音报警、高亮发光二级管闪烁，发送报警短消息，手机短消息查询及控制等功能，可第一时间通知用户，用户也可以随时随地用手机查询。该系统具有一定的普适性，适合进行推广。
　　3. 产品中引入时钟芯片PCF8563，可以方便的为系统检测的数据添加时间标签，为用户大批量的对采样数据进行分析提供了可靠地时间依据。
　　4.产品中引入性价比高的彩色液晶显示器，使得人机界面更加友好直观。
　　5.产品中采用远程短消息控制系统工作，可以将产品的后续研究延伸到无人值守的工业场所、不能及时到达的生活领域进行多种信息的采集，满足新时代电子产品信息化的需求。因此具有广泛的应用前景。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2318