基于单片机的鼓风干燥箱的研究与设计

黄俊

（湖南铁道职业技术学院湖南株洲 412001）

鼓风干燥箱广泛应用在工农业各领域，当前鼓风干燥箱存在许多缺点，箱内温度变化大，稳定性差，效率较低，没有超温和断偶报警或者超温和断偶报警不灵敏，针对这些问题，本文采用单片机作为主控模块，设计了一款新型的鼓风干燥箱，该干燥箱温度波动小，控温精确，稳定性好，具有超温、断偶、电源短路等保护及报警功能。

1 检测原理

用两组电热管在干燥箱底部加热，根据控温要求启动一组或两组电热管工作，用K型热电偶测温，用风扇鼓风使干燥箱内的温度分布均匀，以单片机为控制核心单元，控制机器的运转，用薄膜按键输入相关的参数，用小液晶屏显示相关参数和系统状态。

2 系统整体设计

本系统设计包括热电偶测温模块、AD采样模块电路、薄膜键盘输入模块、时钟模块、电热管加热模块、风扇鼓风模块、通氮气模块、报警模块、超温与断偶硬件保护模块以及液晶显示模块等。

3 系统单元电路设计

3.1 开关电源

给整个系统提供稳定的工作电压，输入AC220 V，输出±5 V和+12 V。

3.2 单片机模块

采用P89V51RD2FA单片机作为控制核心。该单片机具有64 kB内部ROM和1KB内部RAM，且下载程序方便。单片机模块如图1所示。

3.3 热电偶测温模块

采用K型热电偶测温（考虑采用防损效果好的铠装热电偶），前级放大器用通用的AD620运算放大器，放大器的放大倍数取50.4倍。冷端温度由测温芯片LM75A测得。如图2所示。

图1 单片机原理框图

图2 热电偶测温模块图

3.4 AD采样模块

A-D采样芯片采用ADS1110A0IDBVT，该芯片价格较低，体积小，外围元器件少，精度高（16位）。

3.5 薄膜键盘输入模块

键盘采用薄膜型（定做），设5个按键。电路原理图如图3所示。

3.6 时钟模块

系统需要较准确的时钟，故采用专业的时钟芯片PCF8563。电路原理图如图4所示。

3.7 液晶屏显示模块

液晶模块采用SMG12864B V，显示规格为128*64，点阵型。背光可控制为点亮和关闭。其原理图

图3 按键原理图

图4 时钟模块原理图

如图5所示。

图5 液晶屏连线原理图

3.8 电热管加热模块

采用2根加热管，每根加热管1.25 kW。单片机输出调制波到可控硅进行加热管功率调节。2根加热管并联之后与可控硅串联连接，同时与超温、断偶硬件保护继电器串联，再通过开关和保险丝接入AC220 V电网中（其中的1根加热管与1个继电器串联连接，能单独断开自身电源）。采用2根加热管可能有利于较细的温度控制，如果采用1根2.5 kW的加热管能够达到同样的效果，将考虑只用1根加热管。

图6 电热管加热模块原理图

加热管连线示意图如图7所示。

图7 加热管连线示意图

3.9 风扇鼓风控制模块

通过控制全隔离单相调压模块（DTY-H220D 15E）调节风机转速，可实现低速、高速和不鼓风控制。当系统设置为不鼓风时，加热管须停止加热。其原理图如图8所示。

图8 风扇鼓风控制模块图

图9 超温、断偶模块原理图

3.10 超温、断偶保护模块

当超温和断偶时通过切断加热电源来保护现场。其原理图如图9所示。

4 结论

经过设计与测试，设计的鼓风干燥箱低噪声离心式叶轮风机，有低速、高速档及不鼓风档设置，工作稳定、效率高。温度范围在50～300℃，升温时间大约40-90 min，温度波动不大于±1℃。时间范围在20 min～72 h可调。当控温温度≤200℃时，在24 h内温度变化不大于2℃；当控温温度＞200℃时，在24 h内温度变化不高于3℃。双组加热管，根据控温要求启动一组或两组工作，最大功率≤2.5 kW。具有超温、断偶、电源短路等保护及报警功能。具有良好的应用价值。

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