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干燥箱温湿度控制系统设计

[导读]针对普通热风干燥箱存在温湿度控制不均匀、热惯性大等问题,设计了一种温度及湿度可调的温湿度控制系统。阐述了系统的设计原理,硬件电路设计与软件设计

试验证明,该方案明显降低了普通热风干燥箱的热惯性和温度的温度均匀性,是一种有效的改造方案。

在工农业生产过程中,温度和湿度是一组关系着产品的质量、产量与提高能源利用率等指标的重要参数。因此,根据需求的特点合理设计温湿度控制系统是研究的一项重点。单片机以其成本低廉、技术成熟和扩展性强等诸多优点,被工业控制界广泛应用。但目前市场上常见温湿度控制方面的农业机械化产品大多只是简单的定值开关控制,存在着温湿度控制精度差,响应速度慢,温湿度不均匀等缺点再者,控制精度高的温湿度试验设备往往价格昂贵,扩展性差以至推广困难。对此设计了一种可以提升原有普通热风干燥箱温湿度控制精度的改造方案。在温湿度控制过程中,简单的定值开关控制会产生较大的迟滞现象,降低干燥设备的干燥效果与品质。温湿度控制系统由温度控制系统、湿度控制系统、空气循环系统等组成。温度控制系统包括制冷模块和加热模块两部分:制冷模块通过散布在箱体空间的导热管中的流体吸收箱体内多余的热量;加热模块采取分布在箱体內部的多组加热电阻进行加热,其中每组3个加热电阻,当每组工作的加热电阻个数为0,1,2,3分别对应着不加热,小幅度加热,中温加热与最大功率加热。根据当前温度与目标温度的差值调整加热电阻与制冷系统的工作状态。湿度控制系统包括加湿模块与除湿模块:加湿模块釆用蒸汽加湿法,通过超声波加湿器将水蒸气加入箱体內除湿模块釆用干燥空气置換法降低箱体內湿度在箱体内设有匀速转动的小型风机,使得试验箱在箱体内设有匀速转动的小型风机,使得试验箱腔体内有着均匀的温湿度气流场。采用温湿度传感器模块(AM2302)对箱体内的温度与湿度进行检测。此方案能够满足一般的对温湿度有要求的的场合,并且降低了温湿度控制的延迟。
硬件电路采用STM32F103单片机作为下位机主控芯片,其外围设备包括温湿度检测电路,温湿度控制电路。键盘输入模块,LCD显示模块,上下位机通讯模块,报警保护模块等。STM32通过串行通信模式与主机交换数据以实现向用户发送信息等功能。
2.1控制器主控电路
STM32F103单片机主控制电路与其它模块连接原理图如图3所示。PB11~PB15为键盘输入端口,通过对应按键对目标温湿度以及上下限进行设定。数字温湿度模块与单片机的PB6~PB9口相接,测得的实时温度、湿度值经单片机处理后输送至PA3~PA7与PB8、PB10口,通过LCD1602显示。温湿度控制口连接相应控制电路的继电器,通过继电器控制加热、制冷,加湿、除湿等部分的工作。键盘采用轮询方式实现对控制系统的设置,从而达到对系统温、湿度值的及时调节PA9和PA10连接MAX232芯片实现上下位机通信的电平转换。




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