硬件设计思路与原理

本页从设计目标、硬件分层、关键电气参数、安全保护与控制策略角度解释主控板的整体思路，便于二次开发或排查问题。

设计目标

• 安全：24V 直流供电，辅以保险丝与 TVS 保护。
• 可靠：风扇/加热通道采用 MOSFET，支持高电流与 PWM 控制。
• 易用：模块化端子，防错插与维护友好。
• 可扩展：I2C 传感器、编码器与屏幕接口可替换。

系统架构概览

• 主控：ESP32-S3-WROOM-1-N8（BOM：U3）
• 监测：AHT10/AHT20（I2C）、NTC（ADC）、INA226（I2C）
• 执行：加热板 MOS、排气扇 DC/PWM、加热风扇、LED 灯带与蜂鸣器
• 交互：3.5 寸电阻触摸屏与 EC11 旋转编码器

供电与保护

供电路径

1. 24V 直流输入（XT60）
2. 保险丝与 TVS 保护
3. 多路稳压/降压模块供电给主控与外设

关键保护器件（BOM 依据）

• F1：一次性保险丝 15A / 32V（主电源保护）
• F2：自恢复保险丝 1A / 12V（低压支路保护）
• D3：SMF24A TVS（二次浪涌/ESD 防护）

传感器原理说明

NTC 温度采集

• ADC 12bit（0–4095）
• 参考电压 3.3V
• 上拉电阻 10kΩ
• NTC Beta 值 3950，R0=10kΩ@25℃
• 使用 Steinhart-Hart 方程换算温度

INA226 电流/电压

• 通过 I2C 读取总线电压与电流
• 采样用于限流、过流保护与显示

AHT10/AHT20 温湿度

• I2C 数字传感器
• 用于仓温与湿度显示

功率控制设计要点

栅极驱动

加热的功率 MOSFET 使用栅极驱动芯片进行驱动，可以提供更大的栅极驱动电流，使 MOSFET 能够快速导通和关断，从而减少开关损耗和发热，提高系统效率，同时减轻控制器 IO 口的驱动负担，提升电路的稳定性和可靠性。

双 PID 协同

系统同时运行“仓温 PID”与“发热板温度 PID”。最终输出取两者最小值，保证安全优先：

1. 仓温 PID 负责达到设定仓温
2. 发热板 PID 负责限制发热板过热
3. 取最小输出，避免因仓温需求导致加热板过热

过流软降

当检测到电流超过设定限制时，系统会降低 PWM 输出，而非瞬间切断，以避免温控波动过大。

连接器与接口设计

主板采用多种端子规格（MX1.25、PH2.0、ZH1.5、XH2.54），主要目的为：

• 防呆：减少错误插入导致损坏
• 适配：匹配不同电流与机械强度需求
• 可靠：插拔更稳固

详细接口位置与接线方式请见：

• hardware_desc.md
• hardware_wiring_diagram.md

关键器件清单（节选）

• ESP32-S3-WROOM-1-N8（主控）
• INA226AIDGSR（电压/电流监测）
• XL4015E1（降压器件）
• AMS1117-3.3（3.3V 线性稳压）
• MPT045N08S / DOZ100N03（功率 MOS）
• EC11 旋转编码器

注意事项

• 主电源与加热回路电流较大，焊盘与线材必须满足电流要求。
• 12V/24V 选择焊盘不可同时短接。
• MOS 与 DC-DC 必须安装散热片。