單片機(jī)木材干燥室開題報(bào)告.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告設(shè) 計(jì) 題 目: 基于單片機(jī)木材干燥室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系 名 稱: 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí): 機(jī)械09-1 學(xué) 生 姓 名: 丁立新 導(dǎo) 師 姓 名: 竇建華 開 題 時(shí) 間: 2013年3月15日 指導(dǎo)委員會(huì)審查意見： 簽字： 年 月 日1課程研究目的和意義 木材是一種國(guó)民經(jīng)濟(jì)不可或缺的資源，但其利用率確實(shí)非常低，而且由于使用不當(dāng)，可能對(duì)長(zhǎng)久的使用不利。就如可能因?yàn)闈衲静臎]有及時(shí)干燥，而導(dǎo)致將來(lái)可能變形，抗震性變差等不利因素。而且木材干燥后，使木材的優(yōu)異特征得到充分體現(xiàn)，對(duì)將來(lái)的再處理，如加工，使用，運(yùn)輸和保存都有重大的意義，是木材加工過(guò)程不可或缺的必然工序，是保證木材質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)，是高效利用木材的重要技術(shù)。 木材干燥意指在熱力作用下以蒸發(fā)或沸騰的汽化方式排除木材中水分的處理過(guò)程。蒸發(fā)是發(fā)生在空氣中的水蒸氣分壓低于該溫度下的飽和蒸汽壓的時(shí)候，一般濕空氣中的水蒸氣均為不飽和蒸汽，所以蒸發(fā)在任何溫度下均可以發(fā)生。濕的原木含有大量的水分，它在鋸割前或鋸成鋸材后都會(huì)從表面向周圍空氣中蒸發(fā)水分，隨時(shí)都在干燥之中。當(dāng)木材在常壓F被加熱到100。C以上時(shí)，也會(huì)發(fā)生沸騰汽化現(xiàn)象。木材干燥主要指在有組織、有控制、按照一定規(guī)程的干燥過(guò)程。木材干燥的目的，主要是滿足人們對(duì)木材需求量的增長(zhǎng)及林業(yè)資源不斷匱乏的需要。在保證木材質(zhì)量的前提下，對(duì)木材進(jìn)行合理的處理，以提高其利用率。概括起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：1防止木材變形和開裂：木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以下范圍內(nèi)變化時(shí)，木材就會(huì)發(fā)生干縮和濕脹。干縮或濕脹不均勻，以及干燥不均勻，就會(huì)引起木材變形或開裂。如將木材含水率干燥到與使用環(huán)境相適應(yīng)的程度，就能保持木材形狀的穩(wěn)定性，經(jīng)久耐用，否則就會(huì)很快報(bào)廢。2提高木材的力學(xué)強(qiáng)度，改善木材的物理性能：含水率低于纖維飽和點(diǎn)時(shí)，木材的力學(xué)強(qiáng)度隨著含水率的降低而增高，反之降低。3預(yù)防木材腐朽變質(zhì)：當(dāng)木材含水率降低到23-21P,或商于100150時(shí)，可以免除木腐菌和昆蟲的危害。因?yàn)榫?、蟲的寄生需要溫度、濕度、空氣和養(yǎng)料四個(gè)條件，缺一不可。木材干燥時(shí)一般都將含水率降低到20N下，破壞了菌、蟲的寄生條件，增加了木材的抗腐蝕性能，確保了木材的固有特性。4減輕木材的重量：經(jīng)過(guò)室干的木材，重量般約可減輕30一40。如在林區(qū)將原木就近制材，并將鋸材干燥到運(yùn)輸含水率(20)，而后外運(yùn)，將會(huì)節(jié)約大量的運(yùn)輸力。同時(shí)可以防止木材在運(yùn)輸途中遭到菌蟲的危害，保證木材的質(zhì)量和供應(yīng)。 綜上所述，木材干燥是合理利用木材、節(jié)約木材的重要技術(shù)措施，是木材加工生產(chǎn)中一道不可缺少的重要工序，是木材“精、深”加工過(guò)程中至關(guān)重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，木材干燥對(duì)社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的繁榮都具有重要意義。 2文獻(xiàn)綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析） 2.1國(guó)內(nèi)外木材干燥技術(shù)現(xiàn)狀 隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)木制品的需求量越來(lái)越大。由于木材生長(zhǎng)周期長(zhǎng),提高其干燥方法是解決木材需求量增大的有效方法。木材干燥工藝已發(fā)展成熟，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，木材干燥已由人工控制發(fā)展成為以微型計(jì)算機(jī)及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的自動(dòng)控制。但在國(guó)內(nèi)外，木材干燥自動(dòng)控制的水平還不夠高，人們還是要投入大量的人力與物力去研究木材的干燥問(wèn)題，應(yīng)用更先進(jìn)的干燥控制方法，其目的就是為了取得更高的經(jīng)濟(jì)效益。 目前，我國(guó)每年需要的鋸材干燥量為2600萬(wàn)m 3，干燥的地板量5000萬(wàn)m 2，干燥的單板、集成材、細(xì)木板用料量約500萬(wàn)m 3，而我國(guó)現(xiàn)有干燥能力不足需求量的16；我國(guó)現(xiàn)有大多數(shù)干燥窯都是依賴操作人員按照工藝參數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)人工控制，少數(shù)國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口設(shè)備采用半自動(dòng)或自動(dòng)控制，其控制方式為簡(jiǎn)單PID控制，較為落后。我國(guó)現(xiàn)有干燥設(shè)備十幾萬(wàn)臺(tái)( 套) ，國(guó)產(chǎn)設(shè)備市場(chǎng)占有率為85以上；估計(jì)每年能銷售出的干燥設(shè)備400多臺(tái)( 套) ,若按體積為100m 3木材干燥窯為1個(gè)計(jì)算單位，全國(guó)每年改造的舊木材干燥窯控制系統(tǒng)為其總數(shù)的2，則每年大約需要新型木材干燥控制系統(tǒng)600臺(tái)。因此，基于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)急需自動(dòng)化程度高的木材干燥設(shè)備新產(chǎn)品的實(shí)際情況，消化、吸收國(guó)外先進(jìn)干燥技術(shù)和測(cè)試手段，使之適合我國(guó)國(guó)情，并在此基礎(chǔ)上，研究、設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、節(jié)能顯著，達(dá)到或超過(guò)世界先進(jìn)水平的新型干燥設(shè)備控制系統(tǒng)，開發(fā)木材干燥設(shè)備新型換代產(chǎn)品，提高木材干燥質(zhì)量，降低木材資源消耗，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，具有十分重要的意義，既可為我們的企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。又為社會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)效益. 國(guó)外的木材干燥過(guò)程已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制智能化，以美國(guó)Li gnom at公司制造的木材干燥窯控制系統(tǒng)為代表，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互、各種信息自動(dòng)記錄，利用系統(tǒng)提供的各種分析功能，可不斷調(diào)整干燥基準(zhǔn)，提高干燥質(zhì)量，節(jié)約費(fèi)用，降低木材損耗，減少人員數(shù)目等。它代表了20世紀(jì)末木材干燥控制系統(tǒng)的世界先進(jìn)水平，具有高可靠性、直觀易學(xué)、功能強(qiáng)大、使用安全和維護(hù)性強(qiáng)等特點(diǎn)。應(yīng)用遺傳算法、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)理論，尋求木材干燥過(guò)程的最優(yōu)化方法及全自動(dòng)控制過(guò)程是具有重大意義的。2.2木材干燥發(fā)展趨勢(shì)及分析 由于規(guī)?；I(yè)化自身的優(yōu)點(diǎn),我國(guó)木材干燥生產(chǎn)也將逐漸朝這方面發(fā)展,干燥技術(shù)的發(fā)展主題將是自動(dòng)化程度高、過(guò)程控制精確、生產(chǎn)效率高、成本低、節(jié)能、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、干燥質(zhì)量好。具體來(lái)講有如下幾個(gè)方面: 2.2.1提高蒸汽干燥的能源利用率即熱效率 根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家木材干燥模式以及我國(guó)國(guó)情,在今后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),蒸汽干燥木材仍將占我國(guó)木材干燥的主導(dǎo)地位。原因是其干燥技術(shù)工藝成熟,干燥過(guò)程便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。如何提高蒸汽干燥的熱效率有待進(jìn)行多角度多方面的研究。 2.2.2 加強(qiáng)對(duì)節(jié)能型和環(huán)保型木材干燥技術(shù)的開發(fā)利用干燥設(shè)備的防腐性能、保溫性能,延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，設(shè)備故障率，能源和環(huán)境保護(hù)是當(dāng)今社會(huì)普遍關(guān)注的重大問(wèn)題。我國(guó)的煤、石油和天燃?xì)膺@些能源污染大,要加強(qiáng)對(duì)無(wú)污染可再生能源的開發(fā)利用,如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)?、生物能等。木材干燥是木制品加工過(guò)程中能耗最大的，故需要加強(qiáng)對(duì)節(jié)能型和環(huán)保型木材干燥技術(shù)的開發(fā)利用。2.2.3計(jì)算機(jī)技術(shù)在木材干燥技術(shù)中的應(yīng)用 目前我國(guó)木材干燥技術(shù)雖然有一定的發(fā)展,但自動(dòng)化程度較低,制約了木材全自動(dòng)化發(fā)展的形狀.通過(guò)深入地分析木材干燥工藝和測(cè)控系統(tǒng)在木材干燥方面的應(yīng)用,把智能化自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)引入木材干燥窯的設(shè)計(jì)中勢(shì)在必行，微機(jī)不論在性能上還是價(jià)格上均能取代常規(guī)工業(yè)自動(dòng)化儀表,而且對(duì)木材干燥這一特殊過(guò)程采用微機(jī)控制要比常規(guī)儀表更方便、準(zhǔn)確。將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于木材干燥過(guò)程在國(guó)內(nèi)干燥技術(shù)研究中已有開展。將被干燥的物料分割為有限多個(gè)小單元,認(rèn)為熱風(fēng)掠過(guò)單一物料單元時(shí)的干濕球溫度不變, 計(jì)算吸濕過(guò)程,取消了常規(guī)熱風(fēng)干燥計(jì)算所需假設(shè)排氣溫度的假設(shè)值。利用熱風(fēng)干燥有限元計(jì)算機(jī)模擬過(guò)程,獲得了精確的干燥時(shí)間、物料終了含水率、排氣溫度、濕度和水分蒸發(fā)量。也可以確定干燥過(guò)程中任一時(shí)刻的干燥情況和有關(guān)技術(shù)參數(shù)。這一計(jì)算機(jī)應(yīng)木材干燥技術(shù)有著非常重大的意義,這方面用方法很值得在木材干燥中借鑒和應(yīng)用。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智能化發(fā)展，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低廉、使用靈活等優(yōu)勢(shì)，顯示出很強(qiáng)的生命力。它和一般的集成電路相比有較好的抗干擾能力。對(duì)環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應(yīng)性，可以在工業(yè)條件下穩(wěn)定工作。且單片機(jī)廣泛地應(yīng)用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，提高它們的測(cè)量速度和測(cè)量精度，加強(qiáng)控制功能。M CS一51系列單片機(jī)控制的“ 船舶航行狀態(tài)自動(dòng)記錄儀” 、“ 煙葉水分測(cè)試儀” 、“ 智能超聲波測(cè)厚儀” 等。單片機(jī)也廣泛地應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，例如對(duì)工業(yè)上各種窯爐的溫度、酸度、化學(xué)成分的測(cè)量和控制。將測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理功能和實(shí)時(shí)控制功能，使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。從航空航天、地質(zhì)石油、冶金采礦、機(jī)械電子、輕工紡織等行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機(jī)電體化設(shè)備和產(chǎn)品，到郵電通信、日用設(shè)備和器械，單片機(jī)都發(fā)揮了巨大作用。 3設(shè)計(jì)基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)的木材干燥室控制系統(tǒng)；（2）主控制器電路板模塊；（3）木材含水率采集模塊；（4）確定單片機(jī)的型號(hào)；（5）設(shè)計(jì)單片機(jī)外部接線圖及軟件流程圖；（6）進(jìn)行軟件編程及調(diào)試。 本系統(tǒng)所要完成的任務(wù)是：人性化的設(shè)計(jì)。根據(jù)木材儲(chǔ)存環(huán)境的需要，把溫濕度值控制在一定的范圍內(nèi)。能夠?qū)崟r(shí)、 準(zhǔn)確的顯示采樣溫度值與濕度值。通過(guò)采集溫度及濕度值，準(zhǔn)確的判斷標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)前值之間的差異，及時(shí)的啟動(dòng)報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警，并采取相應(yīng)的控制方案。3.2擬解決的主要問(wèn)題溫度檢測(cè)控制:對(duì)溫室溫度進(jìn)行測(cè)量,實(shí)際環(huán)境溫度與給定界限比較,并通過(guò)升溫或降溫達(dá)到最佳的溫度濕度檢測(cè)控制:對(duì)濕度溫度進(jìn)行測(cè)量, 實(shí)際環(huán)境濕度與給定的界限比較,并通過(guò)噴霧或祛濕達(dá)到最佳的濕度控制處理:當(dāng)溫度、濕度越界時(shí)圣光報(bào)警,根據(jù)報(bào)警信號(hào)提示采取一定手段自動(dòng)控制 4、技術(shù)路線或研究方案干燥控制系統(tǒng)總體方案以單片機(jī)為控制核心，采用溫濕度測(cè)量，控制技術(shù)的技術(shù)，以溫濕度傳感器作為測(cè)量元件，構(gòu)成智能木材溫濕度測(cè)量控制系統(tǒng)。可分為溫濕度測(cè)量電路，顯示電路，聲光報(bào)警電路，溫濕度控制電路。系統(tǒng)總體框圖工作原理本系統(tǒng)以單片機(jī)Atmel89C51為核心，數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示、報(bào)警都要通過(guò) 單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集通過(guò)單總線的智能數(shù)字溫濕度傳感器AM2301完成。通過(guò)單片機(jī)把采集的數(shù)據(jù)顯示在1602LCD上，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)超出給定范圍時(shí)，有蜂鳴器實(shí)時(shí)報(bào)警，并顯示紅燈提示，并進(jìn)行相應(yīng)的控制處理。在整個(gè)系統(tǒng)中采用了AM2301單總線技術(shù)，單片機(jī)采用C語(yǔ)言編程。 溫室溫濕度控制系統(tǒng)是以89C51單片機(jī)作為中央控制裝置，風(fēng)扇，加熱設(shè)備，加濕設(shè)備，排潮設(shè)備等 89C51作為中央控制裝置負(fù)責(zé)中心運(yùn)算和控制協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個(gè)模塊的工作。風(fēng)扇負(fù)責(zé)系統(tǒng)的降溫工作。加熱設(shè)備負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加熱工作。噴霧設(shè)備負(fù)責(zé)系統(tǒng)的加濕工作。 排潮設(shè)備負(fù)責(zé)系統(tǒng)的去濕工作。 雙色燈，報(bào)警模塊：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的報(bào)警功能。如果當(dāng)前的溫度超過(guò)用戶設(shè)定的界限值時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)警，雙色燈在單片機(jī)的控制下有規(guī)律的切換，同時(shí)報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警聲，通知用戶采取相應(yīng)的措施工作原理流程圖5設(shè)計(jì)進(jìn)度安排2013年2月27日-2013年3月15日接受任務(wù)，收集資料，撰寫開題報(bào)告2013年3月16日-2013年4月1日翻譯英文文獻(xiàn)；2013年4月2日-2013年4月15日擬定總體方案，繪制系統(tǒng)的方框圖；2013年4月16日-2013年4月30日器件選型；2013年5月1日-2013年5月10日系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)；解決問(wèn)題，修改完善；2013年5月11日-2013年5月31日系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；2013年6月1日-2013年6月10日撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書并用計(jì)算機(jī)繪圖；2013年6月11日-2013年6月15日完成論文及圖紙，準(zhǔn)備答辯。6主要參考文獻(xiàn)主要參考資料1 鹿玉紅,戴彥,江培蕾.基于 PROTEUS 的 DS18B20 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Yu. Teplo