旋風預熱器教研平臺的設計與實現
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旋風預熱器是由旋風筒和連接管道組成的熱交換器，廣泛應用于新型水泥生產工藝中。它利用水泥回轉窯高溫尾氣來加熱水泥生料，兼有預熱分解，提高產品質量與節能環保諸多功效。旋風預熱器空間內存在復雜的流體動力和熱交換過程，這使其成為一個很好的研究對象[1][2]。我們截取實際工程中的五級旋風筒的第一級原型按比例縮小，并針對綜合教學實踐和科研的需要做了一些改進，構造出一個完整、開放的教研平臺。整個系統由旋風預熱筒設備、單片機控制系統、調速風機及電加熱等執行裝置及其上位機管理系統組成，本文對其各組成部分的軟硬件設計實現進行了闡述，對其技術特點做了詳細說明，最后給出了基于該平臺的若干教研成果。
1 教研平臺系統的組成
整個教研系統由旋風預熱筒設備、單片機控制系統、調速風機及電加熱等執行裝置及其上位機管理系統組成。旋風預熱設備可近似視為底部為錐形，上部為圓柱形的連接體，與實際工程旋風預熱筒一致。整個設備由透明有機塑料制成便于試驗觀測，圓柱形管壁分層分布有諸多小孔，可將根據實驗需求可將各類傳感器裝配其上。調速風機出口通過風管與錐形底部連接，同時在風管處設有電加絲。這些系統中的電信號都接入單片機系統。單片機控制系統是旋風預熱教研平臺的核心，其硬件框圖如圖1所示。
大體數據流程為各類傳感器信號讀入到ADUC841內并在存儲器內暫存，同時將信息顯示在LCD上。然后通過串口上行將數據上傳到上位PC機。同時上位機將控制信息通過串口下行發送到AT89C051，它與同步、檢測、技術電路相配合來觸發可控硅控制電機轉速。
老師希望我們在平臺的制作過程中多多動手實踐，故在設計平臺時所采用的軟硬件技術起點基本在本科生能力范圍內。
2 單片機控制系統
2.1 ADuC841外圍電路設計
整個系統由ADUC841微控制器 [3][4]、LCD顯示電路、DAC輸出電路、ADC采集電路、 RS232通信電路等組成。主要對旋風筒內的溫度，壓力、空氣流量等信號進行實時檢測、并將數據與上傳PC機的等功能。下圖為ADUC841的接線圖。從圖上可看到總線連接方案為：采用線選方式與高密度存儲芯片62256接駁，即 P0作為地址線時首先接到八進制三態鎖存器 74HC573再連接到 62256RAM的低8位地址線上， P2.0-P2.6直接與 62256RAM的高7位地址線相連，同時P2.7連接片選信號以實現其 0000H- 7FFFFH空間的訪問。與 LCD及其MAX485的接駁則采用全譯碼方式，P2口的4，5，6腳作地址線時接到 74LS138的ABC上，譯碼后用來控制液晶顯示器顯示與串口通訊。P0口的作數據線時直接和 RAM與LCD的數據線連接。
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