基于單片機的液體菌種接種機控制系統(tǒng)的設(shè)計

王文濤

（渭南技師學(xué)院，陜西渭南，714000）

0 引言

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

1 工作原理

液體菌種接種機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，加壓接種機主要是控制加壓電磁閥的打開和關(guān)閉的時間的長短，工人只要設(shè)定好注入的體積量，加壓接種機自動將設(shè)置的體積換算成電磁閥的打開時間，當按下啟動鍵后，菌種灌電磁閥自動打開，開始加注，顯示單元實時顯示注入體積，達到設(shè)定的注入菌種體積后自動停止，當再次按下啟動時重新加注，當要重新設(shè)置注入體積時，按下設(shè)置鍵即可重新設(shè)置注入體積，設(shè)置好后重新按下開始鍵時，接種機按新設(shè)置的注入體積工作。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖

本設(shè)計利用單片機AT89S52作為控制單元，接收輸入單元設(shè)置的控制量和開始工作信號，控制單元控制輸出單元中的電磁閥的開啟和關(guān)閉，實時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)置量和實時顯示注入的菌種體積。本設(shè)計的控制系統(tǒng)如圖1。

圖1 液體菌種接種機控制系統(tǒng)框圖

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

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

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

（3）輸出單元由菌種灌電磁閥、繼電器、及保護電路等組成，控制系統(tǒng)輸出單元電路圖如圖2。當單片機端口的P1.0位輸出高電平時，三極管截止，繼電器線圈中無電流，開關(guān)斷開，菌種灌電磁閥無電流，此時液體菌種接種機停止工作；當單片機端口的P1.0位輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈中有電流，開關(guān)閉合，菌種灌電磁閥有電流，此時液體菌種接種機開始工作。其中，二極管1N4148對繼電器起保護作用。

圖2 控制系統(tǒng)輸出單元電路

（4）顯示單元由八個8段LED數(shù)碼管組成，由位選和段選控制組成，實時顯示設(shè)置體積設(shè)置和工作中接種的體積變化情況，由兩個74HCT574鎖存器鎖存段碼和位碼，單片機控制段碼和位碼分時輸出顯示，系統(tǒng)的原理圖如圖3所示。圖中仿真時用LED發(fā)光二極管替代電磁閥，通過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型號為AT89C52,該型號單片機是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用[2]。有關(guān)該型號的單片機的各個I/O接口電路及功能很多參考資料都有詳細介紹，這里不再詳細介紹[3]。本設(shè)計中，AT89C52作為控制核心器件，接收設(shè)置信號，利用中斷計時、輸出顯示信息和輸出控制信號，記錄接種的數(shù)量。

4 系統(tǒng)程序設(shè)計

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

為了提高單片機的執(zhí)行效率和精度，編程時采用中斷編程，語言采用單片機C語言。在中斷服務(wù)程序中進行顯示信息，液體菌種接種機系統(tǒng)開機后首先對中斷進行初始化，對定時器運行模式TMOD、定時計數(shù)器的TH0和TL0、中斷允許位等進行設(shè)置，數(shù)碼管開始顯示設(shè)置體積為00，注入體積為00，工作次數(shù)為0000；下來進行注入體積設(shè)置，設(shè)置完成后等待開始按鍵按下，開始鍵沒有按下一直掃描，開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候開始工作，如果不重新進行接種體積設(shè)置的話，每一次按下開始鍵，接種機就會接種一次，不按下開始鍵就結(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)束后可重新進行接種體積的設(shè)置，依次進行新的菌種體積接種。

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

5 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種液體菌種接種控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)硬件設(shè)計簡單，易實現(xiàn)，采用單片機作為控制單元，由于單片機已經(jīng)普遍化，因此本系統(tǒng)成本低。編程過程運用了單片機的中斷功能，提高了程序運行的效率，控制精度高，經(jīng)過仿真和實驗驗證，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)模手動生產(chǎn)，可以節(jié)約生產(chǎn)成本，而且還具有可開發(fā)性，可做為二次研究自動型液體菌種接種機的原型，在大規(guī)模液體菌種接種的工業(yè)生產(chǎn)廣泛應(yīng)用。