旋風(fēng)預(yù)熱器教研平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言
旋風(fēng)預(yù)熱器是由旋風(fēng)筒和連接管道組成的熱交換器，廣泛應(yīng)用于新型水泥生產(chǎn)工藝中。它利用水泥回轉(zhuǎn)窯高溫尾氣來加熱水泥生料，兼有預(yù)熱分解，提高產(chǎn)品質(zhì)量與節(jié)能環(huán)保諸多功效。旋風(fēng)預(yù)熱器空間內(nèi)存在復(fù)雜的流體動(dòng)力和熱交換過程，這使其成為一個(gè)很好的研究對象[1][2]。我們截取實(shí)際工程中的五級旋風(fēng)筒的第一級原型按比例縮小，并針對綜合教學(xué)實(shí)踐和科研的需要做了一些改進(jìn)，構(gòu)造出一個(gè)完整、開放的教研平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)由旋風(fēng)預(yù)熱筒設(shè)備、單片機(jī)控制系統(tǒng)、調(diào)速風(fēng)機(jī)及電加熱等執(zhí)行裝置及其上位機(jī)管理系統(tǒng)組成，本文對其各組成部分的軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了闡述，對其技術(shù)特點(diǎn)做了詳細(xì)說明，最后給出了基于該平臺(tái)的若干教研成果。
1 教研平臺(tái)系統(tǒng)的組成
整個(gè)教研系統(tǒng)由旋風(fēng)預(yù)熱筒設(shè)備、單片機(jī)控制系統(tǒng)、調(diào)速風(fēng)機(jī)及電加熱等執(zhí)行裝置及其上位機(jī)管理系統(tǒng)組成。旋風(fēng)預(yù)熱設(shè)備可近似視為底部為錐形，上部為圓柱形的連接體，與實(shí)際工程旋風(fēng)預(yù)熱筒一致。整個(gè)設(shè)備由透明有機(jī)塑料制成便于試驗(yàn)觀測，圓柱形管壁分層分布有諸多小孔，可將根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求可將各類傳感器裝配其上。調(diào)速風(fēng)機(jī)出口通過風(fēng)管與錐形底部連接，同時(shí)在風(fēng)管處設(shè)有電加絲。這些系統(tǒng)中的電信號都接入單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)控制系統(tǒng)是旋風(fēng)預(yù)熱教研平臺(tái)的核心，其硬件框圖如圖1所示。
大體數(shù)據(jù)流程為各類傳感器信號讀入到ADUC841內(nèi)并在存儲(chǔ)器內(nèi)暫存，同時(shí)將信息顯示在LCD上。然后通過串口上行將數(shù)據(jù)上傳到上位PC機(jī)。同時(shí)上位機(jī)將控制信息通過串口下行發(fā)送到AT89C051，它與同步、檢測、技術(shù)電路相配合來觸發(fā)可控硅控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。
老師希望我們在平臺(tái)的制作過程中多多動(dòng)手實(shí)踐，故在設(shè)計(jì)平臺(tái)時(shí)所采用的軟硬件技術(shù)起點(diǎn)基本在本科生能力范圍內(nèi)。

2 單片機(jī)控制系統(tǒng)
2.1 ADuC841外圍電路設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)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(fēng)筒內(nèi)的溫度，壓力、空氣流量等信號進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、并將數(shù)據(jù)與上傳PC機(jī)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(chǔ)芯片62256接駁，即 P0作為地址線時(shí)首先接到八進(jìn)制三態(tài)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(shí)P2.7連接片選信號以實(shí)現(xiàn)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(shí)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(shù)據(jù)線時(shí)直接和 RAM與LCD的數(shù)據(jù)線連接。