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1、林业机械与木工设备试验研究基于DSP的木材干燥窑多路参数测试系统的研制薛巨峰,张佳薇,许海燕(东北林业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150040)摘要:论述了基于DSP的木材干燥窑多路参数测试系统的硬件、软件设计。介绍了各个参数测量传感器的工作原理,运用DSP芯片强大的数据与信号处理能力实现多路数据采集,具有结构简单、组态灵活、运行显示直观、抗干扰能力强、可靠性高等优点。通过实验验证,该系统运行稳定,测量精度高,测温精度为±0.1℃,平衡含水率和木材含水率在6%～30%测量范围内,精度达±1%,满足生产要求。关键
2、词:木材干燥窑;DSP多路参数测试;传感器中图分类号:TP274文献标识码:A文章编号:1001-4462(2006)07-0023-02目前,蒸汽窑干燥大多采用手动、半自动控制系统,少数采用全自动控制系统。干燥过程难以实现全自动控制的原因之一是干燥过程参数测试大多仍沿用人工读数、计算、查表的方法,工作效率低,影响测量精128kSRAM串行PT100温度(64k程序)通信检测度。针对上述问题,本文介绍了基于DSP控制器的木材温度传感器(64k数据)接口电路干燥窑自动测试系统,该系统采用电阻法代替称重法光耦10-b
3、it20MHz平衡含水率隔TMS320F240晶振含水A/D接口测定木材含水率,具有操作便捷、连续测定等优点;采传感器离率检CPUJTAG测电接口用干湿球法测定温度和平衡含水率,方便可靠,易与现平衡含水率路DSPTMS320F240信号有干燥设备兼容。该系统的设计不但实现了干燥窑内传感器组处理电路板多参数检测的数字化,而且提高了测试精度。图1木材干燥窑多路参数测试系统硬件框图1硬件电路设计四线制,并通过差值法消除导线误差。恒流源供电能消木材干燥窑多路参数测试系统的硬件原理如图1除因电源波动产生的测温误差;差值法使
4、连接导线上所示。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/℃);测温放大器采用高输入1.1信号检测阻抗、高共模抑制比的仪器放大器CA3140消除通道差木材干燥窑内各点的温湿度随位置的不同而分布异;模拟开关选用TEXAX公司的74HC4051(高速不均匀,尤其在风机推动气流换向时各点数值差异较CMOS模拟电子开关)依次输入温度信号。大,所以为提高测量精度,对于窑内不同位置,该系统②平衡含水率检测:平衡含水率(EMC)即窑内干燥输入的模拟信号采用多点检测的方式,设置如下:8点介质的
5、湿度。EMC传感器采用干湿球,其原理是在铂电温度、2点平衡含水率(EMC)、6点木材含水率(MC)。阻温度传感器的敏感部分包上脱脂纱布(湿球),纱布①温度检测:温度传感器采用PT100铂热电阻。它沾水吸湿后在相对湿度小于100%RH的环境中水就会性能稳定,重复性好,其电阻值与温度之间线性度高,蒸发。水的蒸发量与窑内湿度平衡并使湿球温度保持电阻温度系数在0～100℃之间的平均值为0.385Ω/℃。在一定的数值,再用一支等精度铂电阻温度传感器(干为了提高测量精度,检测电路采用恒流源供电的球)测量窑内温度,利用干球和湿
6、球温度差值计算后即可得到EMC值。因此,依据平衡含水率的测量原理,收稿日期:2006-04-2823第34卷2006年第7期试验研究林业机械与木工设备EMC的测量可以和测温传感器共用同一检测电路,简实现对被测对象的温度、平衡含水率、木材含水率进行化了系统硬件电路。监控,需要把TTL电平转换为UART电平(-10v和10v),③木材含水率检测:木材含水率传感器采用钢钉,设计中使用了MAX232转换电平,上位机串口的(TD)利用电阻法检测被干木材含水率的数值。针对木材含管脚即数据发送管脚,经过MAX232之后,电平转
7、换到水率在5%～95%范围内对应的等效电阻变换范围宽TTL电平范围并连接到DSP串口的数据接受(RXD)管(几百GΩ到几KΩ)的特点,测量电路采用高精度斩波脚。同理,DSP串口的数据发送(TXD)管脚经过自稳零放大器ICL7650,配合一片CD4052构成可编程MAX232完成电平转换接到上位机串口(RD)管脚即数放大器(程控放大器)对含水率分段测量。模拟开关选据接受管脚上。用MAXIM公司的MAX338顺序采样木材含水率信号。1.3光耦隔离1.2DSP信号处理电路板设计光耦隔离器件选择TLP521芯片,该芯片是
8、一种完①CPU芯片部分:DSP控制器以美国德州仪器公司全对称的光电模拟信号隔离器。其特点是光电耦合器生产的数字信号处理芯片TMS320F240作为数据处理的两个电源实现了完全隔离,有良好的线性度,地线的核心。该芯片是定点16位的通用数字信号处理芯片,干扰完全消除。这样,在干燥窑多路参数采集系统中通其指令周期为50ns。它将一个高性能的DSP核、大容量过光电耦合器实现了模拟
