【《某太阳能干燥箱设备的总体设计案例分析》4600字】

某太阳能干燥箱设备的总体设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u25558某太阳能干燥箱设备的总体设计案例分析 [6]，最终达到干燥目的的含水量为7%。茶叶的干燥主要有三个阶段，第一阶温度控制在110℃，干燥时间在100min；第二阶段干燥所需要温度为115℃，干燥所需要时间为100min；第三阶段干燥所需要温度为120℃，干燥所需要时间为90min。食品的种类不同，其需要的干燥工艺不同，干燥流程也有所不同，目前大多数干燥设备，往往只是针对某一类食品进行干燥，做不到多种食品的干燥。1.3太阳能干燥箱控制系统设计干燥箱体主要由干燥室、物料架、加热装置、离心风机和排湿风机组成。干燥室主要为食品提供的干燥场所，主控制系统对干燥箱进行实时的监测和控制。干燥箱体还包括送风排湿功能，当干燥箱内温度低于设定的温度时，加热器和风机启动，进行送风加热；当干燥箱内温度高于设定温度时，加热器停止工作，风机送入常温风来降低箱内温度；当干燥箱内湿度高于设定湿度时，系统启动排湿风机进行排湿操作。在干燥箱内，温湿度传感器安装在干燥箱进风口，四角处以及干燥箱中间位置，实时监测干燥箱内各处的温湿度信息。干燥箱控制系统主要由主控制系统、数据采集系统与干燥箱体三部分组成，如图1.2所示。（1）主控制系统由单片机、键盘和LCD显示器等器件组成，是干燥箱控制系统的核心，完成人机交换功能，并对实时数据采集系统传输而来的原始数据信息进行分析、处理，并对各个模块发出相应的指令完成干燥控制。（2）数据采集系统主要由多个PT100温度传感器、SHT11温湿度传感器等组成，主要作用是实时采集干燥箱内各个位置的温湿度信息，并将采集到的信息传输至单片机中。（3）干燥箱体由进风口、排湿口、加热器和风机组成，作为食品的干燥场所。图1.2干燥箱控制系统的硬件结构示1.3.1总体设计思路该系统总体结构如图1.3所示，本系统由12V电源、5V电源、单片机最小系统、显示模块、按键模块、温湿度传感器模块、加热模块、蜂鸣器模块、湿度传感器模块排湿风机等组成。太阳能干燥箱进行工作中，系统以AT89C52单片机为主的芯片，通过温湿度传感器将干燥箱内到的信息采集送至模数转化器，然后将数字信号传送到单片机进行处理，进而通过单片机来控制各个模块进行工作。系统的人机交换部分包括键盘模块，定时模块以及LCD显示部分，人们通过键盘输入干燥箱所需的温湿度以及时间信号，对系统进行自动控制，当系统超过人们设定的阈值时，蜂鸣器将进行报警，提醒人们，同时自动关闭相应的模块，满足对干燥的需求。图1.3总体思路图系统各功能模块分别为微控制模块、温湿度采集模块、风机模块、显示模块、键盘模块、排湿模块，报警模块。具体工作原理：1）设置干燥参数，系统进行相关温湿度参数检测，并进入干燥阶段；2）在食品干燥的过程中，干燥箱内温湿度传感器对温湿度信息实时监测和采集并将其数据传送到单片机进行处理；3）控制器根据该物料的不同干燥阶段进行判断决策；4）单片机向干燥箱内加热器，风机等器件发出相应控制指令，来满足干燥所需要的温湿度要求。1.3.2温度传感器模块如图1.5所示，温度传感模块采用PT100+MAX31865的组合。PT100铂热电阻，是较常用的热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变，其采样温度范围为-200℃～+850℃。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。常见的pt100感温元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们是由铂丝分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成，在医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围十分广泛。MAX31865是简单易用的热敏电阻至数字输出转换器，优化用于铂电阻温度传感器(RTD)。外部电阻设置所用RTD的灵敏度，高精度Σ-Δ ADC将RTD电阻与参考阻值之比转换成数字输出。MAX31865输入具有高达±45V的过压保护，提供可配置的RTD及电缆开路/短路条件检测，在工业设备、医疗设备、仪表等应用广泛。相比其它检测方法，其特点和优点如下：•集成更低系统功耗，简化设计，减少设计周期•简便的RTD铂电阻之数字转换器•支持100Ω至1kΩ(0°C时)铂电阻RTD(PT100至PT1000)•兼容于2线、3线和4线传感器连接•SPI兼容接口•20引脚TQFN和SSOP封装•高精度设备满足误差预算•15位ADC分辨率；标称温度分辨率为0.03125°C(随RTD非线性变化)•整个工作条件下，总精度保持在0.5°C(0.05%满量程)•全差分VREF输入•转换时间：21ms(最大值)•集成故障检测，增加系统稳定性•±45V输入保护•故障检测(RTD开路、RTD短路到量程范围以外的电压或RTD元件短路)•SPI兼容接口1.3.3湿度传感器模块图1.6湿度传感器模块电路图如图1.6所示，为湿度传感器模块电路图。环境湿度传感模块采用SHT11。SHTxx,系列产品是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全量程标定的数字输出。它采用专利的CMOSens技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件，这两个敏感元件与一个14位的A/D转换器以及一个串行接口电路设计在同一个芯片上面。该传感器品质卓越、响应超快、抗干扰能力强、极高的性价比。每个传感器芯片都在极为精确的恒温室中进行标定，以镜面冷凝式露点仪为参照。通过标定得到的校准系数以程序形式储存在芯片本身的OTP内存中。通过两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。微小体积、极低功耗等优点使其成为各类应用中的首选。产品提供表面贴片LCC或4针单排引脚封装，并可根据用户的不同需求，提供特殊封装形式。1.3.4蜂鸣器报警模块图1.7蜂鸣器报警模块电路图蜂鸣器模块采用有源蜂鸣器，并使用NPN三极管驱动，如图1.7所示。相比无源蜂鸣器，此蜂鸣器具有控制简单、响度高的特点，能充分满足报警提醒的需求。1.3.5按键模块图1.8按键模块电路图按键模块采用自复位点动式按钮，具有使用广泛、选择性多、寿命长、体积小、价格便宜、手感好等特点。1.3.6显示模块图1.9显示模块电路图显示模块采用LCD1602，RP1是排阻，接电源上拉，增加驱动能力，以免驱动能力不足而显示异常，如图1.9所示。LCD1602是应用十分广泛的显示模块，比一般的数码管显示的内容更多，功耗更低，而且价格便宜，体积较小，是较为理想的显示模块。1.4设计总体原理及仿真图1.10总体仿真电路图太阳能干燥箱主要用到太阳能光伏发电技术，热风干燥技术，同时用到自动控制技术。根据总体结构以及设计原理，利用Proteus软件进行仿真，在仿真系统中，进行调试各个模块的具体功能以及数值的变化量，从而来验证各个模块的合理性。在系统进行工作运行时，具体原理为：当干燥箱内温度传感器检测到温度低于设定的阈值时，系统就开启加热装置和风机模块进行送风加热工作，加热器指示灯亮起。随着干燥箱系统干燥的进行，干燥箱内湿度将会增大，当干燥箱内湿度超过60%时，系统自动打开排湿风机，进行排湿操作。当温度超过设定阈值时，关闭加热器，并打开蜂鸣器报警提醒。在通过键盘设置相应的干燥参数时，按下设置阈值按键，可设置温度阈值，按上、下按键调整，再次按下时设置阈值键生效。当按下定时按键，可设置定时值，按上、下按键调整，再次按下时定时值生效。当设置定时值后，到达时间会关闭加热器、排湿风机、蜂鸣器等，并且关闭系统指示灯亮起，需要关闭后重新上电或复位才可重新工作。1.5太阳能干燥设备的总体设计干燥箱是食品进行热量交换的重要场所，通过加热器加热周围的空气，利用风机将热空气送到干燥箱内与食品进行热量交换来蒸发食品中的水分以达到干燥的目的。合理有效利用干燥箱的空间，需要对干燥箱结构合理设计。物料的装载方式会直接影响物料的干燥质量和干燥时间，物料的进出方式也会关系到干燥作业的强度。因此，对干燥箱的设计应满足一下要求：（1）干燥箱结构紧凑，占地面积小；（2）干燥作业连续性能好，保证食品连续干燥；（3）物料装载方式简单、可靠，合理利用干燥室空间，劳动强度较低；（4）干燥室密封性能好，减少热量的散失；（5）干燥室内风量均匀分布；（6）防止尘土、雨水、虫子的侵害，保证食品干燥的卫生质量。1.5.1干燥箱体设计干燥箱体采用厢体结构，内部设计多层框架结构，主要用于干燥时间周期长的农副产品，如香料、枸杞和花椒等，制造简单，维护方便，适用性广。干燥箱主要包括加热装置，风机，物料架以及排湿口，干燥室壁采用性能较好的彩钢板制成，成本低廉，制造简单。干燥箱内设计四层可移动的物料架，对需要悬挂干燥的农产品，在箱体上面设计一些挂钩。为保证干燥箱的密封性和装置物料的方便，干燥箱采用门式结构，即设计成一扇左右两开的门，结构简单，安装方便。干燥箱的上方布置太阳能光伏板和蓄电池，对干燥箱提供电能。干燥箱的底部设计四个方向轮，方便干燥箱的随时移动。根据200Kg农产品的装载需求，外箱体的基本尺寸大小初步确定为3000×1200×1000mm，外部体积为3.