基于PWM调速的多功能低温烘干箱的设计

摘 要：当人们对高质量生活的追求，对此保证食物的温湿度也有了一定的要求，为了保证烘干食物的温湿度控制线性、互换性、重复进行，本设计采用AT89S51单片机作为控制电路的核心，使用DHT11对温湿进行测量，采用基于PID算法的PWM调速控制风力。本设计电路采用多模块化组成，这样设计不仅稳定性增强，并且故障的排除与发现更加容易，编写程序简洁、系统可靠性高、操作简便。

关键词：AT89S51;DHT11温湿度传感器;PWM调速

食品干燥是提高食品贮存、保质的重要措施与手段，烘干机的性能直接影响到烘干食品的质量与市场价值。传统的干燥方法是在太阳下曝晒或者阴凉处通风干燥，这样的过程不仅缓慢，而且通常会伴随着食品变质，大面积破活食物的营养价值，从而使干燥后食品的品质也有所下降。传统的干燥过程不仅不卫生，而且干燥对象品种局限，因此选择合适的干燥方法是现代食品干燥加工过程中的客观的要求。高能耗和食品品质破坏是目前食品干燥中的两个最主要问题。干燥是一种高能耗的操作，据资料统计，法国、英国、瑞典等发达国家，高达12%的工业能耗用于干燥工艺，在各种工业干燥能耗中，农产品、食品的干燥能耗仅次于造纸工业，位居第二位，由此开发出一种高效低功耗烘干机。

1 设计思路和系统构图

本系统目的是设计一款基于单片机控制的全自动智能烘干机，采用PID控制的干燥风速，尽可能在保持食物原本的营养价值的同时快速干燥。仪器对放入系统内的物体检测其温湿度数据之后并进行干操作。本设计结构简单，可靠性强，设计由一个单片机作为控制核心，利用DHT11作为温湿度检测模块，具有实时显示温湿度功能和键盘模块实现可调温湿度输入控制。系统设计如图1所示。

2 系统硬件详细设计

控制系统的硬件主要由六个模块构成：单片机控制模块、温湿度检测模块、PWM调速模块、键盘输入模块、加热电路模块以及数码管显示模块。系统硬件电路如图2。

在PWM电路中使用光耦隔离和三极管驱动，目的是防止外接电机电源和外接电机的干扰传导到单片机对单片机造成致命破坏。

加热模块同样使用光耦隔离驱动三极管使外部220V电压加到加热丝中。温湿度检测模块对物体周围环境实时检测，单片机对其检测出的温湿度数值判断做出适应动作，加热电路模块是单片机通过光电耦合间接控制高压对加热丝通电达到加热效果，为了防止高温对物体进行直接灼烧，加热丝应安裝在PWM调速模块的出风口。因为对物料温湿度控制，系统针对的目标热存储能力大且物料的温湿度系统的具体性质没有传递函数因此无法精确的得到，为此本次设计采用的是比例积分加微分（PID）控制，以最大限度地满足系统对诸如超调量、调节时间和控制精度等控制品质的要求。

3 系统软件设计

系统开始运行，主程序开始执行，对单片机的初始化和各串口初始化等。程序接收DHT11模块测量的温湿度，然后等待温湿度设定，当温湿度已经设定完毕，系统开始运行，判断温湿度数值调用各个相关模块，循环控制系统运行直到温湿度数值符合用户设定的大小系统停止运行。主程序的程序流程图如图3所示。

主控模块以AT89S51单片机为控制核心，DHT11模块对系统的温湿度进行判断，根据温湿度数据PWM调速模块和加热模块分别判断作出不同的工作情况。具体判断规则如下：

（1）温度偏低，湿度偏高。单片机控制加热模块和无极调速模块进行工作，对其加热和干燥。

（2）温度偏低，湿度偏低。单片机停止工作，烘干完成。

（3）温度偏高，湿度偏高。单片机控制无极调速模块进行工作，对其进行干燥。

（4）温度偏高，湿度偏低。单片机控制无极调速模块进行工作，对其进行降温。

用户也可以通过键盘设定自身需要控制烘干机的烘干温度，烘干时间和物体保存剩余湿度，同时将经过AD处理的数据通过单片机的I/O口输送到LCD上进行显示，供用户实时参考。

系统自动运行过程：当需要被干燥的物体放入系统中，单片机首先控制PWM调速模块全力工作，使物体的温湿度等信息可以传达到DHT11模块，DHT11模块对系统的温湿度测量出数值，单片机根据温湿度控制电热丝与PWM调速模块的工作。

系统非自动运行过程：用户使用键盘输入想要的物体温湿度数值时，单片机首先控制PWM调速模块全力工作，使物体的温湿度等信息可以传达到DHT11模块，DHT11模块对系统的温湿度测量出数值，当用户数据与物体数据属于正常控制范围时PWM调速模块、加热电路模块正常运行。当数据不属于正常控制范围时，屏幕分别显示温度错误“T error”或者湿度错误“H error”。

4 结论

本系统是一个检测和控制于一体的应用控制系统，系统完成从物料温湿度的信号检测、信号处理、运算与显示再到输出控制加热模块与吹风模块的控制。采用PID算法的风力控制能够节约大量的电能，本设计实现成本低，对于欠发达的农业生产区具有极大的实际意义。

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作者简介：隋杰（1991— ），男，汉族，山东日照人，硕士，研究方向：控制工程。