太陽能熱泵烘干機智能監控系統的設計

劉新平

（湖北職業技術學院汽車學院，湖北 孝感 432000）

太陽能熱泵烘干機智能監控系統的設計

劉新平

（湖北職業技術學院汽車學院，湖北 孝感 432000）

在農作物烘干的過程中，用人工控制烘干過程難度較大，農作物含水率的變化規律也較為復雜。近年來，烘干機控制系統逐漸發展成熟，PLC控制、單片機控制等控制技術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對監控系統的上位機部分進行設計，實現對烘干房的溫度數據的實時監測和控制；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執行器件的控制等功能。可提高烘干效率和工藝穩定性，能夠滿足農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。研發利用太陽能、空氣能等可再生能源的工業烘干設備，既節能減排，又經濟實惠。將太陽能集熱和空氣能熱泵結合在一起的太陽能熱泵烘干機，可以充分利用太陽能、達到最佳的節能效果，并易于保證烘干工藝穩定性的要求。文章研發一種太陽能與空氣能熱泵并聯加熱的農作物烘干機智能監控系統，使烘干機不但能最大限度地儲存和利用太陽能，還有利于實現恒溫烘干。選用圖形化編程工具LabVIEW對監控系統的上位機部分進行設計，實現對烘干房的溫度數據的實時監測和控制。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，實現對被控對象的檢測及相關執行器件的控制等的功能設計。

1 現有農作物烘干機監控系統現狀分析

從經濟性的角度對太陽能與熱泵聯合烘干的技術進行研究，研究表明雖然使用太陽能熱泵的設備投資增加，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較高的COP性能，聯合烘干的經濟效益仍優于單獨使用太陽能或空氣能的烘干方案[1]。研發了一套糧食烘干機模糊控制系統，實現了對烘干機熱風溫度的智能化控制[2]。以計算機為上位機，單片機為下位機設計出可以對6個糧食烘干機的聯合測控系統[3]。通過對控制系統的調試和實驗記錄，發現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，取得了很好的經濟效益，但烘干控制過程較為復雜，烘干效率不高。

2 太陽能熱泵烘干機監控系統上位機設計

上位機是整個控制系統的上層管理部分，它的作用主要是用來對烘干系統的參數據進行顯示和管理。其中，包括對烘干室溫度數據的實時儲存和提取、儲熱水箱水位的實時動態顯示、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。

控制系統上位機的開發采用功能強大的LabVIEW圖形化編程語言來實現，用戶可以直接在計算機上對采集到的溫度數據進行實時的監測和控制。根據實際的需求，設定烘干溫度值、烘干時間、烘干溫度的報警上下限、控制方式等參數，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數據監測烘干室的實時溫度。此處，以恒溫烘干農產品海帶為例，烘干室溫度設定為80℃、烘干時間為10小時、系統報警上限為110℃、下限為40℃、控制方式選擇為智能控制。具體參數設定界面如下圖1所示：

圖1 烘干參數設定界面

3 太陽能熱泵烘干機監控系統下位機設計

烘干機控制系統是一個控制精度高、操作簡便、處理快的智能控制系統。同時，太陽能熱泵烘干機作為一種節能減排的綠色產品，節約處理器系統的能耗也應成為設計的關注點。下位機選用集成度高、并且能夠對功率進行管理的STM32單片機。在太陽能熱泵機各個關鍵環節上安裝了傳感器：①溫度傳感器，分別檢測并采集烘干房環境溫度、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。監控系統下位機硬件原理圖如圖2所示。

圖2 下位機系統整體硬件原理圖

4 結束語

文章設計一種以太陽能與空氣能熱泵并聯加熱的農作物烘干機智能監控系統，烘干機能夠根據天氣情況智能選擇最優的供熱模式。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℃。將設計的控制系統應用于茶葉的恒溫烘干中，比傳統的烘干機PLC控制系統有更高的烘干效率，節省烘干時間，改善了控制系統的調節品質，并在實際生產得到良好應用。

[1]張春娥.太陽能輔助系統在糧食干燥中的應用研究[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的研究[J].農機化研究,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

A

2096-2789（2016）11-0167-01