太阳能热泵烘干机智能监控系统的设计

刘新平

（湖北职业技术学院汽车学院，湖北 孝感 432000）

太阳能热泵烘干机智能监控系统的设计

刘新平

（湖北职业技术学院汽车学院，湖北 孝感 432000）

在农作物烘干的过程中，用人工控制烘干过程难度较大，农作物含水率的变化规律也较为复杂。近年来，烘干机控制系统逐渐发展成熟，PLC控制、单片机控制等控制技术已逐步取代单纯由操作人员的手动控制。文章运用图形化编程工具LabVIEW对监控系统的上位机部分进行设计，实现对烘干房的温度数据的实时监测和控制；下位机选用STM32单片机作为核心，完成对烘干温度等被控对象的检测及相关执行器件的控制等功能。可提高烘干效率和工艺稳定性，能够满足农作物种子等恒温烘干需求。

太阳能；热泵；烘干机；单片机；Labview

烘干机常用煤、电、天然气等燃料，物料烘干是一个巨大的耗能过程。研发利用太阳能、空气能等可再生能源的工业烘干设备，既节能减排，又经济实惠。将太阳能集热和空气能热泵结合在一起的太阳能热泵烘干机，可以充分利用太阳能、达到最佳的节能效果，并易于保证烘干工艺稳定性的要求。文章研发一种太阳能与空气能热泵并联加热的农作物烘干机智能监控系统，使烘干机不但能最大限度地储存和利用太阳能，还有利于实现恒温烘干。选用图形化编程工具LabVIEW对监控系统的上位机部分进行设计，实现对烘干房的温度数据的实时监测和控制。以STM32单片机作为下位机核心，利用温度传感器、水位传感器等检测元件，实现对被控对象的检测及相关执行器件的控制等的功能设计。

1 现有农作物烘干机监控系统现状分析

从经济性的角度对太阳能与热泵联合烘干的技术进行研究，研究表明虽然使用太阳能热泵的设备投资增加，在使用时也需要消耗一定的电能，但由于太阳能利用的高效性和热泵系统较高的COP性能，联合烘干的经济效益仍优于单独使用太阳能或空气能的烘干方案[1]。研发了一套粮食烘干机模糊控制系统，实现了对烘干机热风温度的智能化控制[2]。以计算机为上位机，单片机为下位机设计出可以对6个粮食烘干机的联合测控系统[3]。通过对控制系统的调试和实验记录，发现使用模糊智能控制能够提高烘干机的热效率、降低能耗、延长了烘干机的使用寿命，取得了很好的经济效益，但烘干控制过程较为复杂，烘干效率不高。

2 太阳能热泵烘干机监控系统上位机设计

上位机是整个控制系统的上层管理部分，它的作用主要是用来对烘干系统的参数据进行显示和管理。其中，包括对烘干室温度数据的实时储存和提取、储热水箱水位的实时动态显示、压缩机工作占空比PWM显示等。同时，也负责完成对烘干室温度控制方式的智能决策，能够选择控制的方式为手动或者是智能控制模式。

控制系统上位机的开发采用功能强大的LabVIEW图形化编程语言来实现，用户可以直接在计算机上对采集到的温度数据进行实时的监测和控制。根据实际的需求，设定烘干温度值、烘干时间、烘干温度的报警上下限、控制方式等参数，并点击启动按钮使烘干机开始工作。下位机通过温度传感器将采集的烘干室温度值送至上位机，工作人员通过屏幕上显示的动态数据监测烘干室的实时温度。此处，以恒温烘干农产品海带为例，烘干室温度设定为80℃、烘干时间为10小时、系统报警上限为110℃、下限为40℃、控制方式选择为智能控制。具体参数设定界面如下图1所示：

图1 烘干参数设定界面

3 太阳能热泵烘干机监控系统下位机设计

烘干机控制系统是一个控制精度高、操作简便、处理快的智能控制系统。同时，太阳能热泵烘干机作为一种节能减排的绿色产品，节约处理器系统的能耗也应成为设计的关注点。下位机选用集成度高、并且能够对功率进行管理的STM32单片机。在太阳能热泵机各个关键环节上安装了传感器：①温度传感器，分别检测并采集烘干房环境温度、储水箱水温、太阳能集热管进出口温度温度等模拟信号；②水位传感器，检测并采集储水箱水位模拟信号。监控系统下位机硬件原理图如图2所示。

图2 下位机系统整体硬件原理图

4 结束语

文章设计一种以太阳能与空气能热泵并联加热的农作物烘干机智能监控系统，烘干机能够根据天气情况智能选择最优的供热模式。以功能强大的LabVIEW作为上位机，STM32作为下位机，对烘干室温度进行智能控制，恒温可控范围可达40℃～120℃。将设计的控制系统应用于茶叶的恒温烘干中，比传统的烘干机PLC控制系统有更高的烘干效率，节省烘干时间，改善了控制系统的调节品质，并在实际生产得到良好应用。

[1]张春娥.太阳能辅助系统在粮食干燥中的应用研究[J].粮食加工,2014,(2):55-57.

[2]赵德春,郭湘琳.北方高水分玉米多级顺流干燥智能控制技术的研究[J].农机化研究,2007,(10):51-52.

[3]张立辉.谷物干燥过程模拟及测控新方法的研究[D].吉林大学,2014.

TB854+.15

A

2096-2789（2016）11-0167-01