太阳能烘干研究专家

太阳能烘干研究专家

1.太阳能烘干研究专家 篇一

相比于传统的干燥技术与大型的烘干系统及单一的太阳能或生物能烘干系统而言, 本系统主要集太阳能、风能、生物能、电能多能源综合利用, 同时缩小烘干体积, 减少烘干成本。并且通过STM32 为主控系统, 利用上位机和手机对烘干系统的监控和控制, 实现对温湿度的实时监测, 烘干效果的实时控制, 烘干数据的实时显示, 实现烘干系统的多元化、便利化。

2 系统方案设计

本设计利用太阳能、风能、生物能与电能相结合, 利用STM32 主控单片机对温湿度采样及风力检测的控制, 通过液晶屏显示检测数值, 同时通过上位机或是手机对烘干机的温度湿度进行远程监测显示及控制。本系统主要是通过加热循环水, 来保证整个烘干室的热源。能源部分:太阳能烘干部分利用小型太阳能集热器对太阳能集热来提供热源, 生物能部分利用最原始的烧火对水进行加热来保证热源, 而风能则主要利用风叶转动再带动齿轮, 以此为动力让热水可以循环流向烘干室, 电能部分一方面是对主控电路进行供电, 另一方面是在其他几种能源都不提供的情况下, 直接由电能提供, 而电能部分实现则是直接对烘干物料进行加热。单片机主控部分:首先是对各种硬件电路的控制, 如抽风机及排湿器, 水泵, 电机等的开关控制;其次对烘干室内的温湿度设置及温湿度检测, 对风力和光照检测, 对集热区的温度检测, 并将所检测的数据显示在液晶屏上;最后利用上位机通信和物联网通信, 用手机或是上位机直接对烘干情况进行远程控制。

MCU是整个系统的主要核心部分, 对整个系统的实现起着至关重要的作用, 是控制整个系统中相关模块的选择, 温湿度采样, 相关物料烘干时间控制及串口通信的关键。现在市面上的MCU种类繁多, 包括STM32 单片机、AVR单片机、51单片机等。其中STM32 单片机性能相对于其他几类单片机性能较高, 例如由ST公司生产的基于ARM Cortex-M处理器STM32F103ZE, 大容量的32 位ARM微控制器, 其性能较高, 低功耗, 低电压操作, 同时保持了高集成度和易于开发的32 位产品范围, 符合系统的设计要求。

2.1 硬件设计

(1) 多能源模块。该系统包含了太阳集热器、热水管道、生物能加热灶台和烘干室、风能扇叶、水泵、抽风机、排湿机、电机、铁网, 单片机控制板等硬件部分。当有太阳光时, 集热器集热并通过热水管道传递至烘干室, 从而烘干物料;当没有太阳光时, 可以通过燃烧生物燃物, 对热水加热并通过热水管传递到烘干室;若没有以上两种能源, 可以通过电能直接对烘干物料加热, 从多方面对农副产品进行烘干。

(2) MCU控制模块。本系统使用MCU为STM32F103ZE单片机对系统进行控制, 该单片机性能高、速度快, 尤其是具有A/D转换和串口功能;单片机主要是对电机、水泵、抽风机、排湿器等硬件的控制, 温湿度检测, 对风力和光照检测, 液晶显示部分的控制, 并通过串口通信及移动通信发送检测值到上位机和手机。

3 系统实现功能

3.1 太阳能烘干部分

本系统首先选用太阳能烘干, 太阳能相对于其他能源更环保, 且太阳能集热效率较高, 烘干效率较快;本系统的太阳能部分由4m2 的太阳能集热器, 400 立方的蓄水箱, 换热器, 热水管及水泵和水阀组成;当有太阳光时, 太阳光投射到集热器的吸热板上, 吸热板吸收并转换为热能, 用以加热集热器内的循环水, 使其温度逐渐上升。热水通过热水管在水泵的作用下送入烘干室内, 将热量传递到被干燥物料。

3.2 生物能烘干部分

生物能烘干是在没有太阳光照, 没有直接用电能烘干时采用的烘干模式, 该部分主要由烘干灶台, 200 立方的蓄水箱, 换热器, 热水管水泵和水阀组成, 其中为保证烘干物料的卫生, 我们对烘干灶台与烘干室进行了隔离, 减少了对物料的污染。生物能烘干部分中, 我们是直接烧火来加热蓄水箱的水, 热水通过热水管在水泵和风能辅助的作用下送入烘干室内, 循环烘干室的热水, 使受热均匀。

3.3 风能辅助烘干部分

风能主要起辅助烘干作用, 风能部分, 我们选用三叶风叶, 因三叶受力面积较小, 只要有风就可以转动风叶, 风叶转动再带动齿轮, 以此为动力让热水可以循环流向烘干室, 起到了水泵的作用, 与此同时, 我们在风能部分安装风力探测器, 实时监测风力强度, 当风能动力不足时, 我们再启动水泵, 使热水循环流向烘干室。

3.4 电能辅助烘干部分

电能主要有两部分功能, 一方面直接为烘干系统提供能源;另一方面为控制电路和其他硬件如水泵, 抽风机, 排湿器供电。

3.5 基于STM32 的硬件电路实现

本系统采用STM32 对烘干系统进行智能控制, 图1 为单片机控制系统结构框图。

通过按键可以预先设定干燥室内的最佳温湿度值以及温湿度的上限和下限值, 干燥时间, 设定蓄水箱的储水温度及水位值。LCD用于实时显示干燥室内的温湿度信息, 蓄水箱内水的温度和水位风力强度, 选用的烘干能源, 报警信息等。干燥箱内的温、湿度由数字温湿度传感器SHT10 测得。同时, STM32 有6 路开关信号分别控制抽风机, 排湿器, 水泵, 电机和万向轴, 换热器以及电磁阀的启停。其中, 抽风机主要是实现烘干室内空气流动, 让冷风流入;排湿器排除烘干室内多余的湿气, 保证烘干室的温湿度平衡;水泵实现水的循环;电机和万向轴实现烘干层的移动, 使物料能够层层烘干;换热器主要是使水温达到预定值, 电磁阀与蓄水箱的进出水口相连接, 用于控制往水箱注水的动作。

3.1.6 串口通信及移动通信的控制

将液晶显示的所有值通过PC机传给上位机并显示出相应值, 与此同时, 也可将液晶显示值通过移动通信传给手机, 实现液晶屏, 上位机, 手机多处显示, 以便更好地观察烘干状态。

4 软件设计

软件设计遵循模块化设计的原则, 这样便于编程和调试程序。单片机利用C语言进行编程, 上位机利用VB语言进行编写, 移动通信部分利用安卓java语言编写。

4.1 单片机程序设计

STM32 单片机实时进行中断查询, 并对中断类型进行判断, 调用不同的中断服务子程序, 实现不同的操作处理功能, 从而实现农副产品干燥过程全自动控制。干燥过程智能控制主要中断程序流程如图2 和图3 所示:

单片机程序主要由按键中断处理, 烘干室内温湿度检测及其中断控制, 热水在循环过程中流过蓄水箱的水温及其水位的检测和中断控制, 风力的检测, 烘干室内每层物料烘干效果的控制等几部分。其中烘干室内温湿度检测是整个烘干控制系统的关键。当烘干室内的温度或湿度过高时, 启动烘干室侧方的抽风机, 利用空气对流, 从而使箱体内空气的温度及湿度降低。当烘干室内的温度或湿度偏低时, 此时可以采用关断抽风机, 利用生物能加热, 太阳能集热, 或是电能直接对烘干室进行加热。

4.2 上位机程序设计

上位机利用VB进行编写, 主要是利用串口收发和处理数据, 因文章篇幅有限, 本文不再赘述。

4.3 安卓程序设计

移动通信部分主要利用java进行编写, 主要是实现各种数据的显示, 因文章篇幅有限, 本文不再赘述。

5 结语

本项目采用现代智能控制技术, 精确检测烘干系统温度、湿度, 实现高效、节能、精确和智能化的控制;通过无线传感网络实现温度、湿度、风力等数据采集;同时采用手机等移动设计实现系统的现场控制与远程监控。它对提高我国农业生产水平, 增加农民收入起到关键作用。

摘要：设计主要研究集太阳能、风能、生物能辅助于电能实现的多能源利用的智能烘干系统, 目的在于结合多种能源对农副产品进行烘干, 使资源得到最大化利用, 提高了广大农村地区的生产水平。系统主要采用STM32为主控系统对温湿度采样的控制和显示, 利用上位机和手机对整个烘干系统的监控和控制, 实现了在有太阳光时, 使用太阳能集热提供热源;在没有太阳光照时, 利用生物能提供热源;由风能提供动力, 电能提供辅助的热源及烘干室内烘干层的调节。该系统在原有材料的性能指标需求不变的情况下, 可更加轻便和实用的材料来代替, 进而减少资源利用率, 提高了烘干产品效率, 大大增加了广大农村居民的收入。

关键词：家用太阳能,风能,电能,烘干系统

参考文献

[1]廖义奎.Cortex-A9多核嵌入式系统设计[J].中国电力出版社, 2014, 9