基于單片機的鼓風干燥箱的研究與設計

黃俊

（湖南鐵道職業技術學院湖南株洲 412001）

鼓風干燥箱廣泛應用在工農業各領域，當前鼓風干燥箱存在許多缺點，箱內溫度變化大，穩定性差，效率較低，沒有超溫和斷偶報警或者超溫和斷偶報警不靈敏，針對這些問題，本文采用單片機作為主控模塊，設計了一款新型的鼓風干燥箱，該干燥箱溫度波動小，控溫精確，穩定性好，具有超溫、斷偶、電源短路等保護及報警功能。

1 檢測原理

用兩組電熱管在干燥箱底部加熱，根據控溫要求啟動一組或兩組電熱管工作，用K型熱電偶測溫，用風扇鼓風使干燥箱內的溫度分布均勻，以單片機為控制核心單元，控制機器的運轉，用薄膜按鍵輸入相關的參數，用小液晶屏顯示相關參數和系統狀態。

2 系統整體設計

本系統設計包括熱電偶測溫模塊、AD采樣模塊電路、薄膜鍵盤輸入模塊、時鐘模塊、電熱管加熱模塊、風扇鼓風模塊、通氮氣模塊、報警模塊、超溫與斷偶硬件保護模塊以及液晶顯示模塊等。

3 系統單元電路設計

3.1 開關電源

給整個系統提供穩定的工作電壓，輸入AC220 V，輸出±5 V和+12 V。

3.2 單片機模塊

采用P89V51RD2FA單片機作為控制核心。該單片機具有64 kB內部ROM和1KB內部RAM，且下載程序方便。單片機模塊如圖1所示。

3.3 熱電偶測溫模塊

采用K型熱電偶測溫（考慮采用防損效果好的鎧裝熱電偶），前級放大器用通用的AD620運算放大器，放大器的放大倍數取50.4倍。冷端溫度由測溫芯片LM75A測得。如圖2所示。

圖1 單片機原理框圖

圖2 熱電偶測溫模塊圖

3.4 AD采樣模塊

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

3.5 薄膜鍵盤輸入模塊

鍵盤采用薄膜型（定做），設5個按鍵。電路原理圖如圖3所示。

3.6 時鐘模塊

系統需要較準確的時鐘，故采用專業的時鐘芯片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，顯示規格為128*64，點陣型。背光可控制為點亮和關閉。其原理圖

圖3 按鍵原理圖

圖4 時鐘模塊原理圖

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。單片機輸出調制波到可控硅進行加熱管功率調節。2根加熱管并聯之后與可控硅串聯連接，同時與超溫、斷偶硬件保護繼電器串聯，再通過開關和保險絲接入AC220 V電網中（其中的1根加熱管與1個繼電器串聯連接，能單獨斷開自身電源）。采用2根加熱管可能有利于較細的溫度控制，如果采用1根2.5 kW的加熱管能夠達到同樣的效果，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 風扇鼓風控制模塊

通過控制全隔離單相調壓模塊（DTY-H220D 15E）調節風機轉速，可實現低速、高速和不鼓風控制。當系統設置為不鼓風時，加熱管須停止加熱。其原理圖如圖8所示。

圖8 風扇鼓風控制模塊圖

圖9 超溫、斷偶模塊原理圖

3.10 超溫、斷偶保護模塊

當超溫和斷偶時通過切斷加熱電源來保護現場。其原理圖如圖9所示。

4 結論

經過設計與測試，設計的鼓風干燥箱低噪聲離心式葉輪風機，有低速、高速檔及不鼓風檔設置，工作穩定、效率高。溫度范圍在50～300℃，升溫時間大約40-90 min，溫度波動不大于±1℃。時間范圍在20 min～72 h可調。當控溫溫度≤200℃時，在24 h內溫度變化不大于2℃；當控溫溫度＞200℃時，在24 h內溫度變化不高于3℃。雙組加熱管，根據控溫要求啟動一組或兩組工作，最大功率≤2.5 kW。具有超溫、斷偶、電源短路等保護及報警功能。具有良好的應用價值。

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