劉新平

（湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)學(xué)院，湖北 孝感 432000）

太陽(yáng)能熱泵烘干機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉新平

（湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)學(xué)院，湖北 孝感 432000）

在農(nóng)作物烘干的過(guò)程中，用人工控制烘干過(guò)程難度較大，農(nóng)作物含水率的變化規(guī)律也較為復(fù)雜。近年來(lái)，烘干機(jī)控制系統(tǒng)逐漸發(fā)展成熟，PLC控制、單片機(jī)控制等控制技術(shù)已逐步取代單純由操作人員的手動(dòng)控制。文章運(yùn)用圖形化編程工具LabVIEW對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)烘干房的溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制；下位機(jī)選用STM32單片機(jī)作為核心，完成對(duì)烘干溫度等被控對(duì)象的檢測(cè)及相關(guān)執(zhí)行器件的控制等功能?？商岣吆娓尚屎凸に嚪€(wěn)定性，能夠滿(mǎn)足農(nóng)作物種子等恒溫烘干需求。

太陽(yáng)能；熱泵；烘干機(jī)；單片機(jī)；Labview

烘干機(jī)常用煤、電、天然氣等燃料，物料烘干是一個(gè)巨大的耗能過(guò)程。研發(fā)利用太陽(yáng)能、空氣能等可再生能源的工業(yè)烘干設(shè)備，既節(jié)能減排，又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。將太陽(yáng)能集熱和空氣能熱泵結(jié)合在一起的太陽(yáng)能熱泵烘干機(jī)，可以充分利用太陽(yáng)能、達(dá)到最佳的節(jié)能效果，并易于保證烘干工藝穩(wěn)定性的要求。文章研發(fā)一種太陽(yáng)能與空氣能熱泵并聯(lián)加熱的農(nóng)作物烘干機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，使烘干機(jī)不但能最大限度地儲(chǔ)存和利用太陽(yáng)能，還有利于實(shí)現(xiàn)恒溫烘干。選用圖形化編程工具LabVIEW對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)烘干房的溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。以STM32單片機(jī)作為下位機(jī)核心，利用溫度傳感器、水位傳感器等檢測(cè)元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的檢測(cè)及相關(guān)執(zhí)行器件的控制等的功能設(shè)計(jì)。

1 現(xiàn)有農(nóng)作物烘干機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

從經(jīng)濟(jì)性的角度對(duì)太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合烘干的技術(shù)進(jìn)行研究，研究表明雖然使用太陽(yáng)能熱泵的設(shè)備投資增加，在使用時(shí)也需要消耗一定的電能，但由于太陽(yáng)能利用的高效性和熱泵系統(tǒng)較高的COP性能，聯(lián)合烘干的經(jīng)濟(jì)效益仍?xún)?yōu)于單獨(dú)使用太陽(yáng)能或空氣能的烘干方案[1]。研發(fā)了一套糧食烘干機(jī)模糊控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)烘干機(jī)熱風(fēng)溫度的智能化控制[2]。以計(jì)算機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)為下位機(jī)設(shè)計(jì)出可以對(duì)6個(gè)糧食烘干機(jī)的聯(lián)合測(cè)控系統(tǒng)[3]。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)記錄，發(fā)現(xiàn)使用模糊智能控制能夠提高烘干機(jī)的熱效率、降低能耗、延長(zhǎng)了烘干機(jī)的使用壽命，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，但烘干控制過(guò)程較為復(fù)雜，烘干效率不高。

2 太陽(yáng)能熱泵烘干機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的上層管理部分，它的作用主要是用來(lái)對(duì)烘干系統(tǒng)的參數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和管理。其中，包括對(duì)烘干室溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)儲(chǔ)存和提取、儲(chǔ)熱水箱水位的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示、壓縮機(jī)工作占空比PWM顯示等。同時(shí)，也負(fù)責(zé)完成對(duì)烘干室溫度控制方式的智能決策，能夠選擇控制的方式為手動(dòng)或者是智能控制模式。

控制系統(tǒng)上位機(jī)的開(kāi)發(fā)采用功能強(qiáng)大的LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，用戶(hù)可以直接在計(jì)算機(jī)上對(duì)采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制。根據(jù)實(shí)際的需求，設(shè)定烘干溫度值、烘干時(shí)間、烘干溫度的報(bào)警上下限、控制方式等參數(shù)，并點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕使烘干機(jī)開(kāi)始工作。下位機(jī)通過(guò)溫度傳感器將采集的烘干室溫度值送至上位機(jī)，工作人員通過(guò)屏幕上顯示的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)烘干室的實(shí)時(shí)溫度。此處，以恒溫烘干農(nóng)產(chǎn)品海帶為例，烘干室溫度設(shè)定為80℃、烘干時(shí)間為10小時(shí)、系統(tǒng)報(bào)警上限為110℃、下限為40℃、控制方式選擇為智能控制。具體參數(shù)設(shè)定界面如下圖1所示：

圖1 烘干參數(shù)設(shè)定界面

3 太陽(yáng)能熱泵烘干機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)

烘干機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)控制精度高、操作簡(jiǎn)便、處理快的智能控制系統(tǒng)。同時(shí)，太陽(yáng)能熱泵烘干機(jī)作為一種節(jié)能減排的綠色產(chǎn)品，節(jié)約處理器系統(tǒng)的能耗也應(yīng)成為設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)。下位機(jī)選用集成度高、并且能夠?qū)β蔬M(jìn)行管理的STM32單片機(jī)。在太陽(yáng)能熱泵機(jī)各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)上安裝了傳感器：①溫度傳感器，分別檢測(cè)并采集烘干房環(huán)境溫度、儲(chǔ)水箱水溫、太陽(yáng)能集熱管進(jìn)出口溫度溫度等模擬信號(hào)；②水位傳感器，檢測(cè)并采集儲(chǔ)水箱水位模擬信號(hào)。監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)硬件原理圖如圖2所示。

圖2 下位機(jī)系統(tǒng)整體硬件原理圖

4 結(jié)束語(yǔ)

文章設(shè)計(jì)一種以太陽(yáng)能與空氣能熱泵并聯(lián)加熱的農(nóng)作物烘干機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，烘干機(jī)能夠根據(jù)天氣情況智能選擇最優(yōu)的供熱模式。以功能強(qiáng)大的LabVIEW作為上位機(jī)，STM32作為下位機(jī)，對(duì)烘干室溫度進(jìn)行智能控制，恒溫可控范圍可達(dá)40℃～120℃。將設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)應(yīng)用于茶葉的恒溫烘干中，比傳統(tǒng)的烘干機(jī)PLC控制系統(tǒng)有更高的烘干效率，節(jié)省烘干時(shí)間，改善了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，并在實(shí)際生產(chǎn)得到良好應(yīng)用。

[1]張春娥.太陽(yáng)能輔助系統(tǒng)在糧食干燥中的應(yīng)用研究[J].糧食加工,2014,(2):55-57.

[2]趙德春,郭湘琳.北方高水分玉米多級(jí)順流干燥智能控制技術(shù)的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2007,(10):51-52.

[3]張立輝.谷物干燥過(guò)程模擬及測(cè)控新方法的研究[D].吉林大學(xué),2014.

TB854+.15

A

2096-2789（2016）11-0167-01