基于單片機(jī)的液體菌種接種機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王文濤

（渭南技師學(xué)院，陜西渭南，714000）

0 引言

近年來(lái)，隨著人們生活水平提高，各種菌類(lèi)蔬菜的需求也逐漸增多，液體菌種接種具有純度高、活力強(qiáng)、繁殖力快、方便快捷、菌齡短而一致的特點(diǎn)，接入到培養(yǎng)基內(nèi)具有流動(dòng)性好、萌發(fā)快、發(fā)菌質(zhì)量高、出菇周期短的優(yōu)點(diǎn)，有著固體菌種不可比擬的優(yōu)越性，越來(lái)越受到生產(chǎn)者的歡迎，是當(dāng)今食用菌行業(yè)研究應(yīng)用的重點(diǎn)，因此，提高菌種的種植效率，滿(mǎn)足方便使用、小規(guī)模化生產(chǎn)就成為研究的重點(diǎn)[1]。

1 工作原理

液體菌種接種機(jī)不管采用何種接種方式，菌種灌的構(gòu)造和功能基本相同，由于菌種灌的壓力基本恒定，因此，加壓接種機(jī)主要是控制加壓電磁閥的打開(kāi)和關(guān)閉的時(shí)間的長(zhǎng)短，工人只要設(shè)定好注入的體積量，加壓接種機(jī)自動(dòng)將設(shè)置的體積換算成電磁閥的打開(kāi)時(shí)間，當(dāng)按下啟動(dòng)鍵后，菌種灌電磁閥自動(dòng)打開(kāi)，開(kāi)始加注，顯示單元實(shí)時(shí)顯示注入體積，達(dá)到設(shè)定的注入菌種體積后自動(dòng)停止，當(dāng)再次按下啟動(dòng)時(shí)重新加注，當(dāng)要重新設(shè)置注入體積時(shí)，按下設(shè)置鍵即可重新設(shè)置注入體積，設(shè)置好后重新按下開(kāi)始鍵時(shí)，接種機(jī)按新設(shè)置的注入體積工作。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖

本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)AT89S52作為控制單元，接收輸入單元設(shè)置的控制量和開(kāi)始工作信號(hào)，控制單元控制輸出單元中的電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，實(shí)時(shí)輸出菌種注入體積參數(shù)給顯示單元，顯示單元主要作用是顯示設(shè)置量和實(shí)時(shí)顯示注入的菌種體積。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)如圖1。

圖1 液體菌種接種機(jī)控制系統(tǒng)框圖

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

（1）電源有兩種，一種是為單片機(jī)提供電源為5V，另一個(gè)是為菌種灌電磁閥提供電源，電壓為12V。

（2）輸入單元由四個(gè)按鈕組成，功能分別是設(shè)置、體積加、體積減、開(kāi)始，每個(gè)都帶有100歐的上拉電阻。

（3）輸出單元由菌種灌電磁閥、繼電器、及保護(hù)電路等組成，控制系統(tǒng)輸出單元電路圖如圖2。當(dāng)單片機(jī)端口的P1.0位輸出高電平時(shí)，三極管截止，繼電器線(xiàn)圈中無(wú)電流，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，菌種灌電磁閥無(wú)電流，此時(shí)液體菌種接種機(jī)停止工作；當(dāng)單片機(jī)端口的P1.0位輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器線(xiàn)圈中有電流，開(kāi)關(guān)閉合，菌種灌電磁閥有電流，此時(shí)液體菌種接種機(jī)開(kāi)始工作。其中，二極管1N4148對(duì)繼電器起保護(hù)作用。

圖2 控制系統(tǒng)輸出單元電路

（4）顯示單元由八個(gè)8段LED數(shù)碼管組成，由位選和段選控制組成，實(shí)時(shí)顯示設(shè)置體積設(shè)置和工作中接種的體積變化情況，由兩個(gè)74HCT574鎖存器鎖存段碼和位碼，單片機(jī)控制段碼和位碼分時(shí)輸出顯示，系統(tǒng)的原理圖如圖3所示。圖中仿真時(shí)用LED發(fā)光二極管替代電磁閥，通過(guò)其亮和滅顯示電磁閥的工作狀態(tài)。

圖3 系統(tǒng)原理圖

（5）控制單元采用單片機(jī)型號(hào)為AT89C52,該型號(hào)單片機(jī)是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用[2]。有關(guān)該型號(hào)的單片機(jī)的各個(gè)I/O接口電路及功能很多參考資料都有詳細(xì)介紹，這里不再詳細(xì)介紹[3]。本設(shè)計(jì)中，AT89C52作為控制核心器件，接收設(shè)置信號(hào)，利用中斷計(jì)時(shí)、輸出顯示信息和輸出控制信號(hào)，記錄接種的數(shù)量。

4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

為了提高單片機(jī)的執(zhí)行效率和精度，編程時(shí)采用中斷編程，語(yǔ)言采用單片機(jī)C語(yǔ)言。在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行顯示信息，液體菌種接種機(jī)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后首先對(duì)中斷進(jìn)行初始化，對(duì)定時(shí)器運(yùn)行模式TMOD、定時(shí)計(jì)數(shù)器的TH0和TL0、中斷允許位等進(jìn)行設(shè)置，數(shù)碼管開(kāi)始顯示設(shè)置體積為00，注入體積為00，工作次數(shù)為0000；下來(lái)進(jìn)行注入體積設(shè)置，設(shè)置完成后等待開(kāi)始按鍵按下，開(kāi)始鍵沒(méi)有按下一直掃描，開(kāi)始鍵按下后判斷體積設(shè)置是否為零，如果設(shè)置體積為零繼續(xù)掃描，設(shè)置接種體積不為零的時(shí)候開(kāi)始工作，如果不重新進(jìn)行接種體積設(shè)置的話(huà)，每一次按下開(kāi)始鍵，接種機(jī)就會(huì)接種一次，不按下開(kāi)始鍵就結(jié)束，如果需要重新設(shè)置接種體積，在按下設(shè)置鍵后，等本次接種結(jié)束后可重新進(jìn)行接種體積的設(shè)置，依次進(jìn)行新的菌種體積接種。

接種機(jī)在工作的過(guò)程中，除了按下體積設(shè)置鍵后，再按其他的鍵才會(huì)起作用，否則按鍵均無(wú)效，目的就是為了防止工作過(guò)程中因誤操作導(dǎo)致接種失敗。顯示程序采用動(dòng)態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)的程序流程圖如圖3。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種液體菌種接種控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，采用單片機(jī)作為控制單元，由于單片機(jī)已經(jīng)普遍化，因此本系統(tǒng)成本低。編程過(guò)程運(yùn)用了單片機(jī)的中斷功能，提高了程序運(yùn)行的效率，控制精度高，經(jīng)過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)在設(shè)備環(huán)境條件控制穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)良，有效的降低了液體菌種人工成本并提高了的接種效率。本系統(tǒng)不僅可以用于小規(guī)模手動(dòng)生產(chǎn)，可以節(jié)約生產(chǎn)成本，而且還具有可開(kāi)發(fā)性，可做為二次研究自動(dòng)型液體菌種接種機(jī)的原型，在大規(guī)模液體菌種接種的工業(yè)生產(chǎn)廣泛應(yīng)用。