自适应式烘干系统教师组

2009 年重庆市第二届中等职业学校电子技能竞赛考题（教师组）考题名称：自适应式烘干系统完成时间：4 小时I 广一、功能简介厂电路说明部分£ 二、电路所需器件介绍＜三、装配及调试说明广一、元件筛选与测试（10分） 考题答卷部分彳二、电路焊接与组装（35分）j三、电路调试（40分）*电路设计软件PR0TEL应用部分（15分）学 校： 姓 名： 考 号： 工位号： 电路相关说明部分一、功能简介1、功能说明自适应式烘干系统，改变了传统的烘干方式，采用可控硅作为功率驱动器件该系统通过测量 环境温度可以在快速加热、普通加热、恒温加热和停止加热状态下自动切换（这里使用灯泡代替加 热器），它的组成原理图如图1 所示2、电路功能简介烘干系统在我们的生活中应用非常广泛，传统的烘干系统，一般是采用接触器或继电器作为功 率驱动器件控制加热器，它们只能在启动加热或停止加热之间切换，由于在加热过程中会有热惯性 等因素，所以在高精度的烘干系统中使用传统的方式显然无法满足需求了为了解决以上问题，这 里为大家展现一种简单的自适应式烘干系统，自适应式烘干系统的主要特点是，当测量环境温度过 低时输出的电压有效值高，加热器迅速加热，当温度靠近预期设定值时，输出电压有效值降低，从 而放慢加热速度，对被测环境温度进行微调。

这里我们通过延时触发可控硅来调整输出电压的有效 值，从而调整加热器的发热量烘干系统主要由：温度检测放大电路、温度比较电路、交流过零检测电路、单片机控制电路、 LED 数码显示电路、可控硅触发电路、电源电路和加热器（用灯泡模拟加热器）所组成在该电路 中我们希望得到一个设定温度为40°C的烘干系统，所以我们设定了以下参数：当热敏电阻测量温度低于30C时，系统处于快速加热模式，此时输出电压最高，加热速度最快 （灯泡亮度最大）当热敏电阻测量温度在30C〜35C之间时，系统处于普通加热模式，输出电压降低，加热速度 放慢使其慢慢地靠近希望值（灯泡亮度降低）当热敏电阻测量温度在35C~40C之间时，系统处于恒温加热模式，输出电压再次将低，加热速度减慢或为系统保温（灯泡亮度降低）当温度高于40C时，系统处于停止加热模式，输出电压为零，灯泡不亮在对电路功能进行测试过程中，使用灯泡、电烙铁或热风枪对热敏电阻RT1进行加热，可以方 便地模拟出温度变化，使其输出电压发生变化（灯泡亮度变化）电路中 S1 为停止按键， S2 为启动按键，系统上电时处于停止状态， STOP 指示灯点亮， LED 数码显示不显示，按下S2键，RUN指示灯点亮。

系统处于快速加热模式时LED显示器显示“01” 处于普通加热模式时，LED显示器显示“02”处于恒温加热模式时，LED显示器显示“03”处于 停止加热模式时，LED显示器显示“--”竞件文路电 赛竞子 nTnjy 二was桌-\-a -1 i!-i-q<-\3:-tzl dH s fwuco\ •:& fo fchs 9AUMMZ--TM -N - retD 3rt noxs—vfcK rmm ：Z eiiet-NEfir P^/UA 殳T 殳RDDDDDDDD[cca b c d e f |g p1——OU1UUU9 TSJi278 9 6c6X+1+ cO §+二、电路所需器件介绍1、运算放大器 LM358LM358是二运放集成电路，它采用8脚双列直插塑料封装，其内部包含二组形式完全相同的运 算放大器，除电源共用外，二组运算放大器相互独立，引脚及内部方框图如图2所示， LM358 具有 电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用于各种电路中K>r--9V+.--1)r

Output 2213VCCGnd12Input 1—51COutput 1-Input 2Output 3Output 4-Input 4-Input 3图33、AT89S52引脚图如图 4；引脚功能说明：39〜32脚，P0.0〜P0.7双向I/O 口1~ 8 脚， P1.0~P1.7 双向 I/O 口21〜28脚， P2.0〜P2.7 双向 I/O 口10〜17 脚， P3.0〜P3.7 双向 I/O 口PSEN（29 脚）：外部程序存储器读选通信号ALE/PROG（30 脚）：地址锁存允许/编程信号EA/VPP（31 脚）：外部程序存储器地址允许/编程电压输入端RST/VPD（9 脚）： RST 是复位信号输入端VCC VSS（40、20 脚）电源输入端XTAL1、XTAL2（18、19 脚）时钟引脚\y(T2) P1.0L140□ vcc(T2EX)P1.1 匚239□ PO.O (ADO)P1.2 0338□ P0.1 (AD1)P1.3 匚437□ P0.2 (AD2)P1.4L536□ PO.3 (AD3)(mosijpi^q635□ P0.4 (AD4)(MISO)P1.6n734□ P0.5 (ADS)(SCK) P1.7 匚833□ P0.6 (AD6)RST匚932□ P07 (AD7)(RXD)P3.0n1031□ EA/VPP(TXD)P3.1 匚1130□ ALE/PROG(iNT0)P3.2Q1229□ PSEN(iNTi)P3.3 匚1328□ P27(A15)(T0) P3.4 C1427□ P2.6 (A14)(T1)P3.5 匚1526□ P2.5 (A13)(WR)P3.6 匚1625□ P24(A12)(RD)P3.7 匚1724□ P2.3(A11)XT AL 2 匚1823□ P2.2(A10)XTAL1 □1922□ P2.1 (A9)GND匚2021□ P2.0 (A8)图45、6 反相带施密特触发器 CD40106CD40106由6个结构相同的输入级具有施密特触发功能的反相器组成，内部结构图管脚图 见图 7，输入输出真值表见表1。

施密特触发器在输入波形的上升段和下降段，它的阀值电压不 同图7Inputs OutputHLLH表16、 MF58 热敏电阻图8温度(°C)电阻(kQ)温度(C)电阻 (kQ )027.622510522.3308.1521018.19356.9511514.81405.8432012.25454.916图9温度(C)电阻 (kQ )温度(C)电阻 (kQ )504.16751.933553.552801.663603.048851.438652.614901.249702.227951.064表2MF58为负温度系数(NTC)热敏电阻，其特点是温度越高其电阻值越小°MF58外形图如 图 8，电路符号如图 9，温度-电阻对应值，见表 2三、装配及调试说明注意：电路焊接完成后，仔细检查无误后，才可通电调试1、外部接线通过J1接入AC12V电源，为系统提供工作电源；灯泡经过导线连接到J22、 电路工作原理烘干系统的电路主要由：温度检测放大电路、温度比较电路、交流过零检测电路、单片机控制 电路、LED数码显示电路、可控硅触发电路、电源电路和加热器（用灯泡模拟加热器）所组成其 工作原理如下：温度检测电路：温度检测电路主要由RT1 （NTC负温度系数）热敏电阻、U1A组成的同相放大 器和U1B组成的缓冲器所组成。

当RT1测量环境温度越高，热敏电阻的电阻值越低，温度输出电 压 TP-A 点的电压值越低温度电压比较电路：由电压比较器LM339和外围电阻构成的电压比较电路，电阻R15、R32、 R31、R19串联分压为3个比较电路提供基准参考电压，当TP-A点的电压低于某个比较器的参考电 压时，此比较器输出低电平交流过零检测电路，当交流电过零时，光耦初级输入电压为零，次级截止，Q4集电极输出高电 平，该信号通过具备反相功能的施密特触发器对其整形，输出低电平单片机控制电路：当单片机检测到过零脉冲后，根据电压比较电路的输入信号确定延时多少 ms触发可控硅，并且驱动LED显示器显示出状态值，详见单片机控制要求可控硅触发电路：由电子开关输出的信号通过Q3放大后驱动光耦U7, U7次级导通后，电流 经过R17和U7触发可控硅导通电源电路：电源电路主要由 D2、 C11 组成的整流滤波电路和串联式稳压电源组成3、 单片机控制要求S1键为停止键，按下“S1”键，系统停止工作S2键为启动键，按下“S2”键，系统开始工作系统处于停止状态时，STOP（停止）指示灯点亮，系统处于启动状态时，RUN（运行）指示灯点亮当系统启动时，单片机根据由比较电路输入的参数，分为4种不同的工作模式：快速加热模式、 普通加热模式、恒温加热模式和停止加热模式。

快速加热：当温度低于30°C时，系统处于快速加热模式，此时LED显示器显示“01”，单片机 检测到过零脉冲后延时1ms触发可控硅普通加热模式:当温度在30°C〜35°C之间时，系统处于普通加热模式，此时LED显示器显示“02”， 单片机检测到过零脉冲后延时 4ms 触发可控硅恒温加热模式:当温度在35C~40C之间时，系统处于恒温加热模式，此时LED显示器显示“03”， 单片机检测到过零脉冲后延时 8ms 触发可控硅停止加热模式：当温度高于40C，系统处于停止加热模式，此时LED显示器显示“--”，单片 机不触发可控硅4、 调试方法在调试电路时应首先使电源电路正常工作，即使+5V正常；(1) 电源电路调试：接通AC12V交流电源，调节RP1使C10两端的电压为5V2) 温度检测放大电路调试：RT1和R21组成串联分压电路，当环境温度改变时RT1两端的 电压改变，此信号经过由U1A组成的放大电路放大，再经过由U1B缓冲输出；不同的温 度U1B输出不同的电压，当温度为30C时TP-A点的电压约为1.98V，温度为35C时TP-A 点电压约为1.73V，温度为40C时TP-A点电压约为1.5V。

3) 电压比较电路：该电路由3个结构相同的电压比较器组成，不同的是参考电压不同，当比 较器的同相端电压大于。