基于单片机的堆肥好氧发酵时间一温度反馈控制系统设计开题报告

1．本课题研究的背景、目的及意义

1.1 课题研究的背景

堆肥化是有机固体废弃物实现无害化、减量化和资源化的有效途径。堆肥化是在合适的水、气条件下，利用微生物降解有机质而产生高温，杀死有机固体废弃物中的病原菌及杂草种子，使其达到稳定化和无害化。堆肥化有好氧和厌氧之分，由于好氧堆肥的高温可以杀死废弃物中的病原菌，同时高温菌对有机质的降解速度快，因此目前大多数堆肥采用的是高温好氧发酵。

供氧是堆肥好氧发酵成功的重要因素之一。高压强制通风是一种行之有效的供氧方式，可应用于堆肥化好氧发酵系统，满足发酵供氧需求，同时高压强制通风可实现对堆体 内温度的调节。堆肥好氧发酵产生高温，但是，堆肥体还须 避免过高、过长的高温。据国外试验表明，堆肥高压通气好 氧发酵一般都会达到80℃左右的最高温，如果堆肥原料调 制适当，透气性好，有时甚至能够达到90 cC以上的堆温，而这不利于好氧微生物生长与繁殖，因此需要进行发酵控制，调节将堆体温度，使其维持在适度水平。

以压力控制方式控制堆体的通风量，尽管可满足堆体供气量需求，但不能优化控制堆体温度，会造成堆体温度过高。另外，压力控制容易造成堆肥过程中某些阶段通风过量或某些阶段风量不足。为了降低堆肥能耗、提高堆肥质量和更为合理地控制堆肥发酵过程，需研究更为合理的强制通风控制方式。为此进行了强制通风时间一温度控制方式调控系统的研究，通过硬件电路和相关应用程序设计，进行了堆肥好氧发酵过程时间一温度控制的设计与研究。在满足菌体需氧的基础上，通过有效控制供气电磁阀的运行时间，实 现对堆体温度的控制，满足菌体对适宜生长环境的要求。

1.2 课题研究的目的

本课题目的在于设计一个堆肥好氧发酵时间一温度反馈控制系统，通过单片机及专用芯片对传感器测得的模拟信号进行处理，完成智能化过程。

1.3 课题研究的意义

温度是堆肥发酵系统微生物活动程度的反映，是影响微生物活动和堆肥发酵工艺过程的重要因素。堆肥中微生物分解有机物而释放出热量，这些热量使堆肥温度上升。堆肥 发酵初始期，堆层基本呈中温，嗜温菌较为活跃，大量繁殖，在利用有机物的过程中，产生热量，堆层温度不断上升，5～7d后可以达到55—70℃。在这个温度水平，嗜温菌生长受到抑制，逐步大量死亡，而嗜热菌的繁殖进入激发状态。嗜热 菌的大量繁殖和堆温的明显提高，使堆肥发酵直接由中温进入高温，并在高温度范围内稳定一段时间。正是在这一温度范围内，堆肥中的各种病原菌、寄生虫以及杂草种子被杀死。

对堆肥发酵的时间-温度进行研究，有利于更好的提高堆肥发酵的质量。

2．本课题主要研究内容和预期目标

2.1主要内容：

包括控制策略的研究、总体方案的确定以及相关硬件和软件设计。

本设计主要涉及51单片机的硬件设计和软件编程技术。

根据要求用单片机对其进行控制，要求完成：

1）控制系统接线图

2）控制系统工作原理的阐述

3）控制系统的流程图

2.2 预期目标：

以温度做为被控变量，设计了基于单片机的堆肥好氧发酵时间温度反馈控制。本设计中通过温度传感器DS18B20达到温度检测的目的，然后将检测的温度数据送入处理器AT89C52进行温度数据处理，单片机将检测出来的温度与之前规定的温度范围进行比较。温度的控制调整由加热电路和降温电路构成，并将温度通过四位一体数码管显示。

3．本课题拟采用的研究方案及功能概述

3.1 方案论证：

以AT89C52为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。单片机实时采集发酵过程堆肥堆体温度数据，并显示、记录，以便及时发酵过程。

应用单片机作为中心元件解析处断监控元件。测量堆肥过程中温度运用DB18B20温度传感器，显示即时温度和温度上下限的显示器使用LCD1602显示器，显示实时温度，并且采用按键电路来事先设置高温堆肥发酵温度的上限和下限，这样更有利于一目了然的检测温度以及与之相应的升温或者降温模块工作。方案二设计的基本思路为：经过温度传感器DS18B20检测堆肥内温度输送到单片机，与当时设置的温度上下范围实施相比，从而监控相应的升温或许降温电路执行，从而实现恒温控制的目标。

3.2 系统功能概述

堆肥好氧发酵时间-温度反馈控制系统是基于ATC89C52单片机实现的，是一个功耗低、高性能的CMOS8位单片机。并且此单片机具有成本低、可靠性高、应用灵活、开发效率高的优点。

设计将要实现的功能是：

通过温度传感器DS18B20检测堆肥发酵温度，然后以数字信号的形式发送至单片机。经过单片机处理分析，然后与之前设置的温度上下限进行比较，从而相应的控制升温电路和降温电路工作。达到控制堆肥发酵温度的目的。

4. 本课题主要参考文献

[1] 单片机原理及应用，张洪润，孙悦等著.清华大学出版社.2008

[2] 单片机应用技术，吴国经主编.中国电力出版社.2004

[3] 基于单片机的智能系统设计与实现，沈红卫著.电子工业出版社.2005

[4] 单片机应用的系统设计与产品开发，冯建华等著。人民邮电出版社。2004

[5] 单片机的C语言程序设计（第三版），马忠梅，籍顺心，张凯等编著。北京航空航天大学出版社。2003

[6]文昊深城市生活垃圾高温好氧堆肥工艺优化研究[D]．重庆：重庆大学，2004

[7] 畜禽粪便高温堆肥化处理技术[J]．马怀良，许修宏．东北农业大学学 报。2005

[8] 单片杌原理与接口技术，尚金球，北京：清华大学出版社，2004

5.本课题的具体进度安排（包括序号、起迄日期、工作内容）

（1）2022.2.29-2022.3.14查阅资料，撰写开题报告；

（2）2022.3.15-2022.4.5 硬件功能分析，熟悉MCS-51系统指令及编程语言；

（3）2022.4.6-2022.4.19设计电路原理图

（4）2022.4.20-2022.5.10编制应用程序, 系统调试及改进；

（5）2022.5.11-2022.5.31整理设计文档，撰写毕业论文；

（6）2022.6.1-2022.6.17提交毕业论文，毕业答辩。