太陽能農副產品干燥系統體系結構的設計與實現

，，肖奇軍

(1．肇慶學院電子信息與機電工程學院，廣東 肇慶 526061；2．肇慶學院計算機學院，廣東 肇慶 526061)

Architecture Design and Dmplementation of Solar Drying System forAgricultural and Sideline Products

OUYANG Sijie1，CHEN Jianping2，XIAO Qijun1

(1．School of Electronic Information & Mechanical Electrical Engineering，Zhaoqing University，Zhaoqing 526061，China;

2．School of Computer Science，Zhaoqing University，Zhaoqing 526061，China)

太陽能農副產品干燥系統體系結構的設計與實現

歐陽思潔1，陳建平2，肖奇軍1

(1．肇慶學院電子信息與機電工程學院，廣東 肇慶 526061；2．肇慶學院計算機學院，廣東 肇慶 526061)

Architecture Design and Dmplementation of Solar Drying System forAgricultural and Sideline Products

OUYANG Sijie1，CHEN Jianping2，XIAO Qijun1

(1．School of Electronic Information & Mechanical Electrical Engineering，Zhaoqing University，Zhaoqing 526061，China;

2．School of Computer Science，Zhaoqing University，Zhaoqing 526061，China)

摘要：為了給農副產品提供一個高效、節能的干燥作業平臺的角度出發，結合太陽能的利用與開發，設計一套太陽能農副產品干燥系統。通過對體系結構的角度，闡述太陽能農副產品干燥系統各部分的主要構成及其功能并作業。干燥作業結果表明，所設計的太陽能農副產品干燥系統具有集熱、保溫和除濕效能好等優點，能在最大化的吸收太陽能的基礎上實現高效率、優品質的農副產品智能化干燥處理。

關鍵詞：太陽能干燥；農副產品；干燥裝置；智能控制；體系結構

中圖分類號：TP29

文獻標識碼：A

文章編號：1001-2257(2015)03-0008-04

收稿日期：2014-12-17

基金項目：廣東省教育部產學研結合資助項目(2012B091100423)；肇慶市科技創新計劃資助項目(2013G21)；留學回國人員科研啟動基金資助項目。

Abstract：From the view of providing agricultural and sideline products with a high efficiency，energy saving drying operation platform，combined with the utilization and development of solar energy，it is designed in this paper a set of solar drying system for agricultural and sideline products. The main composition and function of each part of solar drying system for agricultural and sideline products are demonstrated emphatically from the view of architecture. The dry operation results show that the design of solar drying system has the merit of heat collection，heat preservation and efficient dehumidification to realize the high efficiency and quality agricultural and sideline products intelligent dry operation on the basis of maximum absorption of solar energy.

作者簡介：歐陽思潔(1975-)，女，湖南衡陽人，工程師，實驗師，碩士，研究方向為機械設計及理論、模具設計、計算機應用等。

Key words：solar drying；agricultural and sideline products；drying device；intelligent control；architecture

0引言

國內農作物豐富，但農副產品的干燥環節至關重要。自然晾曬的方法，干燥周期長還受天氣制約；利用煤或木炭進行室內烘干，能耗大且食品會受到不同程度的污染。太陽能是一種清潔的可自然再生能源，也是現階段一種主要的減緩能源危機和解決環境污染問題的新能源。采用太陽能對農副產品進行干燥處理，不僅可以節約常規能源，降低干燥成本，同時還具有食品綠色環保無污染的優點。

1太陽能農副產品干燥裝置

太陽能農副產品干燥裝置是利用太陽能對農副產品進行干燥處理的一種裝置，它是太陽能農副產品干燥系統的一個主要組成部分，干燥裝置主要由集熱器、干燥器、控制箱以及支撐架等部分組成。太陽能農副產品干燥裝置結構剖視圖如圖1所示。

圖1　太陽能農副產品干燥裝置

1.1　集熱器

集熱器主要用于吸收太陽光的能量，并將光能轉換為熱能，為干燥農副產品提供熱源。集熱器部分主要包括雙層太陽能真空集熱管(圖1中的A)、反光鋁板(圖1中的B)、水箱(圖1中的G)等構件。與水箱相連的太陽能真空集熱管為內層涂有多層漸變鋁氮鋁涂層的雙層玻璃管，其夾層為真空，起主要集熱作用。集熱器工作時，水箱中的水流入太陽能真空集熱管的內管被加熱，加熱后的水與水箱中相對較冷的水形成一定的壓力差，從而產生循環對流，使得水箱中的水不斷被加熱。為了提高其集熱效能，一是將集熱管安裝成與水平面成35°～45°的傾角，二是在太陽能集熱管下面平行安裝一塊波紋狀鍍鋅鋁反射板，照射在鋁板上的太陽光經反射會照射到太陽能真空集熱管的下表面，增大太陽能真空集熱管的受光面積。水箱采用不銹鋼材質，設計為平面向上的半圓柱形狀，水箱兩端和圓弧部分為雙層結構，內、外層之間發泡充填保溫材料，朝向干燥器的水箱上表面為單層不銹鋼板，有利于向干燥器進行熱輻射。除太陽能真空集熱管直接與水箱相連以外，還有一些其他構件與水箱相連，水箱所含關鍵構件及其功能說明如表1所示。

表1　水箱所含關鍵構件及其功能

1.2　干燥器

干燥器主要用于放置和干燥農副產品，也具備一定的輔助集熱功能。干燥器部分主要指干燥箱(圖1中的C)。干燥箱體設計為雙層六面體結構，內層為鍍鋅鋼板做成的長方體，鋼板外表面刷上一層粗糙的黑漆，以增強其輔助集熱效能；外層4面(前面、左面、右面及頂面)為透光玻璃封裝，有利于太陽光充分照射箱體，內、外層間有一空氣隔層，起保溫作用，同時可用于排濕和空氣對流。干燥箱的玻璃箱頂設計為一傾斜面，有利于雨水順流而下。此外，干燥箱的其他構件及其功能如表2所示。

表2　干燥箱所含關鍵構件及其功能

1.3　控制箱

控制箱主要用于配電、布線及放置控制板等，實現對農副產品干燥過程的現場實時監測與控制功能。

控制箱內安放的主要構件的標識、名稱及其主要功能說明如表3所示。控制箱設計為帶有一拉合門的長方體結構，箱體用不銹鋼板材做成，安裝在水箱的右側面(圖1中的N)。打開門，控制箱的內部結構如圖2所示。為安全起見，在控制箱的底部安裝了一塊起絕緣作用的PVC板(圖2中的H)。

表3　控制箱內所含關鍵構件及其功能

圖2　控制箱

2太陽能農副產品干燥智能監控系統

除了太陽能農副產品干燥裝置以外，為了能夠實現農副產品干燥過程的智能化與實時監控功能，研發了配套的太陽能農副產品干燥智能監控系統。智能監控系統主要由下位機(單片機)現場測控子系統、上位機(PC機)遠程監控子系統及通信子系統等組成，其硬件結構如圖3所示。

圖3　太陽能農副產品干燥智能監控系統結構

2.1　下位機測控子系統

下位機子系統可實現農副產品干燥過程的實時本地監測與智能控制。太陽能農副產品干燥智能監控系統中的下位機采用dsPIC30F4011單片機，主要實現的功能包括：

a.農副產品干燥過程中的數據實時采集。如干燥箱溫度、干燥箱濕度及水箱溫度等數據的實時采集。

b.農副產品干燥過程中的信號(開關信號)實時檢測。如水箱水位信號、抽風機電源通斷信號(電源通則抽風機運轉，電源斷則抽風機停轉)、電磁閥電源通斷信號(電源通則電磁閥打開并向水箱注水，電源斷則電磁閥關閉并停止向水箱注水)以及紅外電加熱管電源通斷信號(電源通則啟動紅外電加熱管加熱水箱中的儲水，電源斷則停止紅外電加熱管加熱)的實時檢測。

c.系統參數的即時設置。通過控制板上的4個按鍵可對干燥箱溫度上下限值、干燥箱濕度上下限值及水箱溫度上下限值等系統參數進行即時設置。

d.現場信息的實時顯示。通過LCD1602顯示屏，可對實時采集到的數據和檢測到的信號進行實時顯示。

e.實時報警。當現場狀況發生異常(如：系統初始化出錯或工作不正常，水箱水位低于最低水位點等)或實時采集到的溫濕度數據超出預先設定的正常范圍時，則通過蜂鳴器和指示燈分別向用戶發出聲光報警信號。

f.自動控制相關外圍器件的運轉。根據實時采集到的數據、檢測到的信號以及預先設定的系統參數，可自動控制抽風機、電磁閥及紅外電加熱管的運轉狀況(開啟與關閉狀況)。

2.2　上位機監控子系統

上位機子系統可實現農副產品干燥過程的實時遠程監控，也可實現對歷史干燥實驗數據進行分析與管理的功能。太陽能農副產品干燥智能監控系統中的上位機采用PC機或筆記本電腦，主要實現的功能包括：

a.系統參數的遠程設置。通過上位機監控軟件的相應界面，可對干燥箱溫度上下限值、干燥箱濕度上下限值及水箱溫度上下限值等系統參數進行遠程設置。

b.農副產品干燥過程的實時監視；上位機監控軟件的相應界面，可將下位機實時采集到的干燥箱溫度、干燥箱濕度及水箱溫度等數據繪制成實時動態波形曲線，也可將干燥現場抽風機、電磁閥及紅外電加熱管等器件的運轉狀況通過相應的組態界面加以實時顯示，以使用戶能夠對農副產品干燥的整個過程進行遠程實時了解。

c.農副產品干燥過程的歷史查看；對于所關心的某些歷史時段里的干燥實驗，用戶可以通過上位機監控軟件的相應界面，將歷史干燥過程中的干燥箱溫度、干燥箱濕度及水箱溫度等數據的變化情況繪制成靜態波形曲線，從而為用戶對歷史時段里的干燥實驗的相關數據分析提供方便。

2.3　通信子系統

太陽能農副產品干燥智能監控系統中的上位機與下位機之間需要進行數據通信，因此，上、下位機均配有串行通信口(即RS232口)，上、下位機之間采用RS485協議進行數據通信。

RS485協議中，數據收發雙方采用了雙線差分的數據傳輸方式，采用“一問一答”式的半雙工通信，這一數據通信方式雖然效率不高，但卻能很好地滿足系統上、下位機在數據通信時對數據傳輸速度的要求。相對于RS232協議而言，通信線路的抗干擾能力好，通信距離也大大增長(可達1 km)。

3結束語

從系統體系結構的角度，詳細闡述了太陽能農副產品干燥系統的主要組成部分及各部分的主要結構與功能，首先，在干燥裝置方面，針對農副產品干燥工藝的實際需要，對傳統太陽能干燥裝置的內部結構作了優化設計，本套干燥裝置具有集熱、保溫和除濕效能高等優點，在最大化的吸收太陽能的基礎上實現高效率、高品質的農副產品干燥；其次，研發了一套由下位機軟件和上位機軟件所組成的太陽能農副產品干燥智能監控系統，能實現干燥箱溫度和濕度、水箱溫度以及水位高低等多指標協同處理，使系統全面智能化，不僅實現了太陽能農副產品干燥過程的現場智能化控制，也實現了干燥過程的遠程實時監控與管理；最后，從多品種的農副產品干燥實驗證明，利用本套智能化太陽能農副產品干燥系統進行干燥作業時不僅可以大幅度地降低干燥成本，還能提高其干燥效率和保證農副產品的干燥品質。

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