基于單片機(jī)的鼓風(fēng)干燥箱的研究與設(shè)計(jì)

黃俊

（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南株洲 412001）

鼓風(fēng)干燥箱廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域，當(dāng)前鼓風(fēng)干燥箱存在許多缺點(diǎn)，箱內(nèi)溫度變化大，穩(wěn)定性差，效率較低，沒(méi)有超溫和斷偶報(bào)警或者超溫和斷偶報(bào)警不靈敏，針對(duì)這些問(wèn)題，本文采用單片機(jī)作為主控模塊，設(shè)計(jì)了一款新型的鼓風(fēng)干燥箱，該干燥箱溫度波動(dòng)小，控溫精確，穩(wěn)定性好，具有超溫、斷偶、電源短路等保護(hù)及報(bào)警功能。

1 檢測(cè)原理

用兩組電熱管在干燥箱底部加熱，根據(jù)控溫要求啟動(dòng)一組或兩組電熱管工作，用K型熱電偶測(cè)溫，用風(fēng)扇鼓風(fēng)使干燥箱內(nèi)的溫度分布均勻，以單片機(jī)為控制核心單元，控制機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)，用薄膜按鍵輸入相關(guān)的參數(shù)，用小液晶屏顯示相關(guān)參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括熱電偶測(cè)溫模塊、AD采樣模塊電路、薄膜鍵盤(pán)輸入模塊、時(shí)鐘模塊、電熱管加熱模塊、風(fēng)扇鼓風(fēng)模塊、通氮?dú)饽K、報(bào)警模塊、超溫與斷偶硬件保護(hù)模塊以及液晶顯示模塊等。

3 系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì)

3.1 開(kāi)關(guān)電源

給整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓，輸入AC220 V，輸出±5 V和+12 V。

3.2 單片機(jī)模塊

采用P89V51RD2FA單片機(jī)作為控制核心。該單片機(jī)具有64 kB內(nèi)部ROM和1KB內(nèi)部RAM，且下載程序方便。單片機(jī)模塊如圖1所示。

3.3 熱電偶測(cè)溫模塊

采用K型熱電偶測(cè)溫（考慮采用防損效果好的鎧裝熱電偶），前級(jí)放大器用通用的AD620運(yùn)算放大器，放大器的放大倍數(shù)取50.4倍。冷端溫度由測(cè)溫芯片LM75A測(cè)得。如圖2所示。

圖1 單片機(jī)原理框圖

圖2 熱電偶測(cè)溫模塊圖

3.4 AD采樣模塊

A-D采樣芯片采用ADS1110A0IDBVT，該芯片價(jià)格較低，體積小，外圍元器件少，精度高（16位）。

3.5 薄膜鍵盤(pán)輸入模塊

鍵盤(pán)采用薄膜型（定做），設(shè)5個(gè)按鍵。電路原理圖如圖3所示。

3.6 時(shí)鐘模塊

系統(tǒng)需要較準(zhǔn)確的時(shí)鐘，故采用專業(yè)的時(shí)鐘芯片PCF8563。電路原理圖如圖4所示。

3.7 液晶屏顯示模塊

液晶模塊采用SMG12864B V，顯示規(guī)格為128*64，點(diǎn)陣型。背光可控制為點(diǎn)亮和關(guān)閉。其原理圖

圖3 按鍵原理圖

圖4 時(shí)鐘模塊原理圖

如圖5所示。

圖5 液晶屏連線原理圖

3.8 電熱管加熱模塊

采用2根加熱管，每根加熱管1.25 kW。單片機(jī)輸出調(diào)制波到可控硅進(jìn)行加熱管功率調(diào)節(jié)。2根加熱管并聯(lián)之后與可控硅串聯(lián)連接，同時(shí)與超溫、斷偶硬件保護(hù)繼電器串聯(lián)，再通過(guò)開(kāi)關(guān)和保險(xiǎn)絲接入AC220 V電網(wǎng)中（其中的1根加熱管與1個(gè)繼電器串聯(lián)連接，能單獨(dú)斷開(kāi)自身電源）。采用2根加熱管可能有利于較細(xì)的溫度控制，如果采用1根2.5 kW的加熱管能夠達(dá)到同樣的效果，將考慮只用1根加熱管。

圖6 電熱管加熱模塊原理圖

加熱管連線示意圖如圖7所示。

圖7 加熱管連線示意圖

3.9 風(fēng)扇鼓風(fēng)控制模塊

通過(guò)控制全隔離單相調(diào)壓模塊（DTY-H220D 15E）調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)低速、高速和不鼓風(fēng)控制。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置為不鼓風(fēng)時(shí)，加熱管須停止加熱。其原理圖如圖8所示。

圖8 風(fēng)扇鼓風(fēng)控制模塊圖

圖9 超溫、斷偶模塊原理圖

3.10 超溫、斷偶保護(hù)模塊

當(dāng)超溫和斷偶時(shí)通過(guò)切斷加熱電源來(lái)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。其原理圖如圖9所示。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)與測(cè)試，設(shè)計(jì)的鼓風(fēng)干燥箱低噪聲離心式葉輪風(fēng)機(jī)，有低速、高速檔及不鼓風(fēng)檔設(shè)置，工作穩(wěn)定、效率高。溫度范圍在50～300℃，升溫時(shí)間大約40-90 min，溫度波動(dòng)不大于±1℃。時(shí)間范圍在20 min～72 h可調(diào)。當(dāng)控溫溫度≤200℃時(shí)，在24 h內(nèi)溫度變化不大于2℃；當(dāng)控溫溫度＞200℃時(shí)，在24 h內(nèi)溫度變化不高于3℃。雙組加熱管，根據(jù)控溫要求啟動(dòng)一組或兩組工作，最大功率≤2.5 kW。具有超溫、斷偶、電源短路等保護(hù)及報(bào)警功能。具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

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