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上海一恒干燥箱温湿度自动控制系统设计

[导读]​针对上海一恒干燥箱温湿度控制不均匀而易造成干制品品质下降、影响干燥速率等问题,分别基于单片机控制、PLC控制设计了两种温湿度自动控制系统。单片机或PLC可以实现对干燥箱中的加热元件、加湿装置及鼓风装置的自动控

针对干燥箱温湿度控制不均匀而易造成干制品品质下降、影响干燥速率等问题,分别基于单片机控制、PLC控制设计了两种温湿度自动控制系统。单片机或PLC可以实现对干燥箱中的加热元件、加湿装置及鼓风装置的自动控制,以满足物料干燥所需要求。这两种自动控制系统可以实现对干燥箱的温湿度的实时控制、智能控制,且工作可靠、反应灵敏、调试试验效果较好。该研究为减轻干燥箱在温度控制过程中存在的“热惯性”现象提供了技术参考。

农产品干燥过程中,因干燥温湿度控制不均匀导致干燥品质下降而影响干燥进程。保证物料恒温、恒湿地完成干燥过程,对深入研究物料脱水机理及优化改进干燥设备有着十分重要的意义。近年来,随着农业机械化的发展,国内外很多高校和科研院所开始在干燥设备与技术方面展开研究,包括太阳能干燥、微波干燥、红外干燥、气体射流冲击干燥,以及热风干燥等干燥方式在农产品干燥中应用更加广泛[1,2,3,4,5,6]。

在实际生产和试验过程中,普通干燥箱常常会遇到温湿度不均匀的状况,难以保证被干燥物料加热过程中温湿度的均匀性。为此,对干燥箱干燥过程中的温湿度进行精确控制显得至关重要。单片机与PLC技术在现代工业生产控制过程中已经得到了很好的应用[7,8]。

本文基于单片机控制及PLC的PID控制设计了两种温湿度自动控制系统,其操作简单、控制可靠且易于调节,能够使干燥箱满足精细化干燥的要求。

1 基于单片机的温湿度自动控制系统

基于单片机的温湿度自动控制系统在农业温室大棚温湿度控制[9]和农产品仓储温湿度控制[10]等农业生产领域已经有所应用。针对不同的控制对象,实现控制过程不同,硬件及软件部分的设计思路和控制方案等均有着很大的区别。

1. 1 硬件部分设计

1. 1. 1 主要电路元件及电路设计

基于单片机的温湿度自动控制系统主要由1602液晶显示、温湿度检测、继电器控制、蜂鸣器报警、温湿度,以及其上下限设定键、发光二极管、系统复位、外部晶振( 22. 1184MHz) 、系统供电及外部设备主电路等电路部分组成。其系统原理图,如图1 所示。

控制系统以抗干扰能力强、性能稳定的89C54RD- 50I型单片机为核心。1602 液晶显示器用来满足显示温湿度当前值、设定值及上下限设定值的要求。干燥箱中的温湿度通过DHT11 温湿度传感器来实时测量,其内部含有A /D转换电路,使用单总线即可与控制器进行通信。控制器与DHT11 温湿度传感器建立连接关系后,即可读出干燥箱当前温湿度值。选用有源蜂鸣器( B1) 和发光二极管( D1 - D6) 来完成干燥箱温湿度自动控制系统的报警工作环节。KA1、KA2、KA3 为5VDC继电器,KA4、KA5、KA6 为24VDC继电器,实现用小电流来控制大电流。

为提高系统的抗干扰能力,单片机I /O口均添加了上拉电阻。在继电器控制以及蜂鸣器报警电路中,单片机I /O口输出低电平信号时,信号经限流电阻到达三极管( S8550) 基极,三极管导通,从而驱动蜂鸣器( P3. 7) 及5VDC继电器开始动作( P2. 0 ~ P2. 2) 。温湿度设定键电路中使用了8 个独立按钮( K1 ~ K8) 来满足系统的控制要求。为方便及时了解干燥箱干燥过程中温湿度情况,系统设有4 个红色的LED灯和2个绿色LED灯,红色指示灯在温湿度超越温湿度上下限范围时变亮,干燥箱正常工作状态下绿色指示灯始终亮。

当单片机输出口( P3. 0 ~ P3. 5) 发出高电平信号时,电流经限流电阻来驱动发光二极管变亮。单片机振荡频率由选用的的晶振决定,晶振起振频率在单片机可接受范围内越高,则系统的运行速度越快。通过AC220V供电,经开关电源得到DC24V,然后经稳压IC( L7805 稳压集成电路) 及滤波电容来得到稳定的5VDC电压,以满足单片机温湿度自动控制系统的供电需求。系统主电路如图2 所示。

该干燥箱温湿度自动控制系统的温度、湿度的控制精度分别为 ± 1℃ 和 ± 1% RH。


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