太阳能农副产品干燥系统体系结构的设计与实现

，，肖奇军

(1．肇庆学院电子信息与机电工程学院，广东 肇庆 526061；2．肇庆学院计算机学院，广东 肇庆 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)

太阳能农副产品干燥系统体系结构的设计与实现

欧阳思洁1，陈建平2，肖奇军1

(1．肇庆学院电子信息与机电工程学院，广东 肇庆 526061；2．肇庆学院计算机学院，广东 肇庆 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：为了给农副产品提供一个高效、节能的干燥作业平台的角度出发，结合太阳能的利用与开发，设计一套太阳能农副产品干燥系统。通过对体系结构的角度，阐述太阳能农副产品干燥系统各部分的主要构成及其功能并作业。干燥作业结果表明，所设计的太阳能农副产品干燥系统具有集热、保温和除湿效能好等优点，能在最大化的吸收太阳能的基础上实现高效率、优品质的农副产品智能化干燥处理。

关键词：太阳能干燥；农副产品；干燥装置；智能控制；体系结构

中图分类号：TP29

文献标识码：A

文章编号：1001-2257(2015)03-0008-04

收稿日期：2014-12-17

基金项目：广东省教育部产学研结合资助项目(2012B091100423)；肇庆市科技创新计划资助项目(2013G21)；留学回国人员科研启动基金资助项目。

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.

作者简介：欧阳思洁(1975-)，女，湖南衡阳人，工程师，实验师，硕士，研究方向为机械设计及理论、模具设计、计算机应用等。

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

0引言

国内农作物丰富，但农副产品的干燥环节至关重要。自然晾晒的方法，干燥周期长还受天气制约；利用煤或木炭进行室内烘干，能耗大且食品会受到不同程度的污染。太阳能是一种清洁的可自然再生能源，也是现阶段一种主要的减缓能源危机和解决环境污染问题的新能源。采用太阳能对农副产品进行干燥处理，不仅可以节约常规能源，降低干燥成本，同时还具有食品绿色环保无污染的优点。

1太阳能农副产品干燥装置

太阳能农副产品干燥装置是利用太阳能对农副产品进行干燥处理的一种装置，它是太阳能农副产品干燥系统的一个主要组成部分，干燥装置主要由集热器、干燥器、控制箱以及支撑架等部分组成。太阳能农副产品干燥装置结构剖视图如图1所示。

图1　太阳能农副产品干燥装置

1.1　集热器

集热器主要用于吸收太阳光的能量，并将光能转换为热能，为干燥农副产品提供热源。集热器部分主要包括双层太阳能真空集热管(图1中的A)、反光铝板(图1中的B)、水箱(图1中的G)等构件。与水箱相连的太阳能真空集热管为内层涂有多层渐变铝氮铝涂层的双层玻璃管，其夹层为真空，起主要集热作用。集热器工作时，水箱中的水流入太阳能真空集热管的内管被加热，加热后的水与水箱中相对较冷的水形成一定的压力差，从而产生循环对流，使得水箱中的水不断被加热。为了提高其集热效能，一是将集热管安装成与水平面成35°～45°的倾角，二是在太阳能集热管下面平行安装一块波纹状镀锌铝反射板，照射在铝板上的太阳光经反射会照射到太阳能真空集热管的下表面，增大太阳能真空集热管的受光面积。水箱采用不锈钢材质，设计为平面向上的半圆柱形状，水箱两端和圆弧部分为双层结构，内、外层之间发泡充填保温材料，朝向干燥器的水箱上表面为单层不锈钢板，有利于向干燥器进行热辐射。除太阳能真空集热管直接与水箱相连以外，还有一些其他构件与水箱相连，水箱所含关键构件及其功能说明如表1所示。

表1　水箱所含关键构件及其功能

1.2　干燥器

干燥器主要用于放置和干燥农副产品，也具备一定的辅助集热功能。干燥器部分主要指干燥箱(图1中的C)。干燥箱体设计为双层六面体结构，内层为镀锌钢板做成的长方体，钢板外表面刷上一层粗糙的黑漆，以增强其辅助集热效能；外层4面(前面、左面、右面及顶面)为透光玻璃封装，有利于太阳光充分照射箱体，内、外层间有一空气隔层，起保温作用，同时可用于排湿和空气对流。干燥箱的玻璃箱顶设计为一倾斜面，有利于雨水顺流而下。此外，干燥箱的其他构件及其功能如表2所示。

表2　干燥箱所含关键构件及其功能

1.3　控制箱

控制箱主要用于配电、布线及放置控制板等，实现对农副产品干燥过程的现场实时监测与控制功能。

控制箱内安放的主要构件的标识、名称及其主要功能说明如表3所示。控制箱设计为带有一拉合门的长方体结构，箱体用不锈钢板材做成，安装在水箱的右侧面(图1中的N)。打开门，控制箱的内部结构如图2所示。为安全起见，在控制箱的底部安装了一块起绝缘作用的PVC板(图2中的H)。

表3　控制箱内所含关键构件及其功能

图2　控制箱

2太阳能农副产品干燥智能监控系统

除了太阳能农副产品干燥装置以外，为了能够实现农副产品干燥过程的智能化与实时监控功能，研发了配套的太阳能农副产品干燥智能监控系统。智能监控系统主要由下位机(单片机)现场测控子系统、上位机(PC机)远程监控子系统及通信子系统等组成，其硬件结构如图3所示。

图3　太阳能农副产品干燥智能监控系统结构

2.1　下位机测控子系统

下位机子系统可实现农副产品干燥过程的实时本地监测与智能控制。太阳能农副产品干燥智能监控系统中的下位机采用dsPIC30F4011单片机，主要实现的功能包括：

a.农副产品干燥过程中的数据实时采集。如干燥箱温度、干燥箱湿度及水箱温度等数据的实时采集。

b.农副产品干燥过程中的信号(开关信号)实时检测。如水箱水位信号、抽风机电源通断信号(电源通则抽风机运转，电源断则抽风机停转)、电磁阀电源通断信号(电源通则电磁阀打开并向水箱注水，电源断则电磁阀关闭并停止向水箱注水)以及红外电加热管电源通断信号(电源通则启动红外电加热管加热水箱中的储水，电源断则停止红外电加热管加热)的实时检测。

c.系统参数的即时设置。通过控制板上的4个按键可对干燥箱温度上下限值、干燥箱湿度上下限值及水箱温度上下限值等系统参数进行即时设置。

d.现场信息的实时显示。通过LCD1602显示屏，可对实时采集到的数据和检测到的信号进行实时显示。

e.实时报警。当现场状况发生异常(如：系统初始化出错或工作不正常，水箱水位低于最低水位点等)或实时采集到的温湿度数据超出预先设定的正常范围时，则通过蜂鸣器和指示灯分别向用户发出声光报警信号。

f.自动控制相关外围器件的运转。根据实时采集到的数据、检测到的信号以及预先设定的系统参数，可自动控制抽风机、电磁阀及红外电加热管的运转状况(开启与关闭状况)。

2.2　上位机监控子系统

上位机子系统可实现农副产品干燥过程的实时远程监控，也可实现对历史干燥实验数据进行分析与管理的功能。太阳能农副产品干燥智能监控系统中的上位机采用PC机或笔记本电脑，主要实现的功能包括：

a.系统参数的远程设置。通过上位机监控软件的相应界面，可对干燥箱温度上下限值、干燥箱湿度上下限值及水箱温度上下限值等系统参数进行远程设置。

b.农副产品干燥过程的实时监视；上位机监控软件的相应界面，可将下位机实时采集到的干燥箱温度、干燥箱湿度及水箱温度等数据绘制成实时动态波形曲线，也可将干燥现场抽风机、电磁阀及红外电加热管等器件的运转状况通过相应的组态界面加以实时显示，以使用户能够对农副产品干燥的整个过程进行远程实时了解。

c.农副产品干燥过程的历史查看；对于所关心的某些历史时段里的干燥实验，用户可以通过上位机监控软件的相应界面，将历史干燥过程中的干燥箱温度、干燥箱湿度及水箱温度等数据的变化情况绘制成静态波形曲线，从而为用户对历史时段里的干燥实验的相关数据分析提供方便。

2.3　通信子系统

太阳能农副产品干燥智能监控系统中的上位机与下位机之间需要进行数据通信，因此，上、下位机均配有串行通信口(即RS232口)，上、下位机之间采用RS485协议进行数据通信。

RS485协议中，数据收发双方采用了双线差分的数据传输方式，采用“一问一答”式的半双工通信，这一数据通信方式虽然效率不高，但却能很好地满足系统上、下位机在数据通信时对数据传输速度的要求。相对于RS232协议而言，通信线路的抗干扰能力好，通信距离也大大增长(可达1 km)。

3结束语

从系统体系结构的角度，详细阐述了太阳能农副产品干燥系统的主要组成部分及各部分的主要结构与功能，首先，在干燥装置方面，针对农副产品干燥工艺的实际需要，对传统太阳能干燥装置的内部结构作了优化设计，本套干燥装置具有集热、保温和除湿效能高等优点，在最大化的吸收太阳能的基础上实现高效率、高品质的农副产品干燥；其次，研发了一套由下位机软件和上位机软件所组成的太阳能农副产品干燥智能监控系统，能实现干燥箱温度和湿度、水箱温度以及水位高低等多指标协同处理，使系统全面智能化，不仅实现了太阳能农副产品干燥过程的现场智能化控制，也实现了干燥过程的远程实时监控与管理；最后，从多品种的农副产品干燥实验证明，利用本套智能化太阳能农副产品干燥系统进行干燥作业时不仅可以大幅度地降低干燥成本，还能提高其干燥效率和保证农副产品的干燥品质。

参考文献：

[1]Ouyang S J，Chen J P，Xiao Q J，et al. Software design of intelligent solar drying system for agricultural and sideline products//The 13th International Conference on Control，Automation，Robotics and Vision，Marina Bay Sands，Singapore，2014．

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