太陽能熱泵烘干機智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

劉新平

（湖北職業(yè)技術(shù)學院汽車學院，湖北 孝感 432000）

太陽能熱泵烘干機智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

劉新平

（湖北職業(yè)技術(shù)學院汽車學院，湖北 孝感 432000）

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

太陽能；熱泵；烘干機；單片機；Labview

烘干機常用煤、電、天然氣等燃料，物料烘干是一個巨大的耗能過程。研發(fā)利用太陽能、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)濟實惠。將太陽能集熱和空氣能熱泵結(jié)合在一起的太陽能熱泵烘干機，可以充分利用太陽能、達到最佳的節(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)一種太陽能與空氣能熱泵并聯(lián)加熱的農(nóng)作物烘干機智能監(jiān)控系統(tǒng)，使烘干機不但能最大限度地儲存和利用太陽能，還有利于實現(xiàn)恒溫烘干。選用圖形化編程工具LabVIEW對監(jiān)控系統(tǒng)的上位機部分進行設(shè)計，實現(xiàn)對烘干房的溫度數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和控制。以STM32單片機作為下位機核心，利用溫度傳感器、水位傳感器等檢測元件，實現(xiàn)對被控對象的檢測及相關(guān)執(zhí)行器件的控制等的功能設(shè)計。

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

從經(jīng)濟性的角度對太陽能與熱泵聯(lián)合烘干的技術(shù)進行研究，研究表明雖然使用太陽能熱泵的設(shè)備投資增加，在使用時也需要消耗一定的電能，但由于太陽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)濟效益仍優(yōu)于單獨使用太陽能或空氣能的烘干方案[1]。研發(fā)了一套糧食烘干機模糊控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對烘干機熱風溫度的智能化控制[2]。以計算機為上位機，單片機為下位機設(shè)計出可以對6個糧食烘干機的聯(lián)合測控系統(tǒng)[3]。通過對控制系統(tǒng)的調(diào)試和實驗記錄，發(fā)現(xiàn)使用模糊智能控制能夠提高烘干機的熱效率、降低能耗、延長了烘干機的使用壽命，取得了很好的經(jīng)濟效益，但烘干控制過程較為復(fù)雜，烘干效率不高。

2 太陽能熱泵烘干機監(jiān)控系統(tǒng)上位機設(shè)計

上位機是整個控制系統(tǒng)的上層管理部分，它的作用主要是用來對烘干系統(tǒng)的參數(shù)據(jù)進行顯示和管理。其中，包括對烘干室溫度數(shù)據(jù)的實時儲存和提取、儲熱水箱水位的實時動態(tài)顯示、壓縮機工作占空比PWM顯示等。同時，也負責完成對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或者是智能控制模式。

控制系統(tǒng)上位機的開發(fā)采用功能強大的LabVIEW圖形化編程語言來實現(xiàn)，用戶可以直接在計算機上對采集到的溫度數(shù)據(jù)進行實時的監(jiān)測和控制。根據(jù)實際的需求，設(shè)定烘干溫度值、烘干時間、烘干溫度的報警上下限、控制方式等參數(shù)，并點擊啟動按鈕使烘干機開始工作。下位機通過溫度傳感器將采集的烘干室溫度值送至上位機，工作人員通過屏幕上顯示的動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測烘干室的實時溫度。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℃、烘干時間為10小時、系統(tǒng)報警上限為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 太陽能熱泵烘干機監(jiān)控系統(tǒng)下位機設(shè)計

烘干機控制系統(tǒng)是一個控制精度高、操作簡便、處理快的智能控制系統(tǒng)。同時，太陽能熱泵烘干機作為一種節(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)計的關(guān)注點。下位機選用集成度高、并且能夠?qū)β蔬M行管理的STM32單片機。在太陽能熱泵機各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)上安裝了傳感器：①溫度傳感器，分別檢測并采集烘干房環(huán)境溫度、儲水箱水溫、太陽能集熱管進出口溫度溫度等模擬信號；②水位傳感器，檢測并采集儲水箱水位模擬信號。監(jiān)控系統(tǒng)下位機硬件原理圖如圖2所示。

圖2 下位機系統(tǒng)整體硬件原理圖

4 結(jié)束語

文章設(shè)計一種以太陽能與空氣能熱泵并聯(lián)加熱的農(nóng)作物烘干機智能監(jiān)控系統(tǒng)，烘干機能夠根據(jù)天氣情況智能選擇最優(yōu)的供熱模式。以功能強大的LabVIEW作為上位機，STM32作為下位機，對烘干室溫度進行智能控制，恒溫可控范圍可達40℃～120℃。將設(shè)計的控制系統(tǒng)應(yīng)用于茶葉的恒溫烘干中，比傳統(tǒng)的烘干機PLC控制系統(tǒng)有更高的烘干效率，節(jié)省烘干時間，改善了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，并在實際生產(chǎn)得到良好應(yīng)用。

[1]張春娥.太陽能輔助系統(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順流干燥智能控制技術(shù)的研究[J].農(nóng)機化研究,2007,(10):51-52.

[3]張立輝.谷物干燥過程模擬及測控新方法的研究[D].吉林大學,2014.

TB854+.15

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2096-2789（2016）11-0167-01