基于單片機(jī)系統(tǒng)的微波連續(xù)干燥機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、2012年l0月第40卷第20期機(jī)床與液壓MACHIOOL＆HYDRAULICSOct20l2Ve140No20DOI：103969／jissn1001—3881201220033基于單片機(jī)的微波連續(xù)干燥機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)陶程云，朱德泉，孫磊，丁正耀(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，安徽合肥230036)摘要：針對(duì)目前物料微波干燥過(guò)程中溫度和濕度存在耦合關(guān)系導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定性差、干燥能耗大、效率低、烘干不均勻等問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能控制系統(tǒng)，分

2、析并選擇了溫度、濕度、水分傳感器等主要器件。該系統(tǒng)采用溫濕度傳感器來(lái)檢測(cè)干燥箱內(nèi)的信息，能夠完成干燥箱內(nèi)參數(shù)值的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)溫濕度超限報(bào)警并自動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)裝置。試驗(yàn)結(jié)果表明：該智能控制系統(tǒng)控制性能好，自動(dòng)化純度高，可以有效保證物料干燥品質(zhì)。關(guān)鍵詞：微波干燥；控制系統(tǒng)；單片機(jī)；溫度；濕度中圖分類(lèi)號(hào)：TS2556文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001—3881(2012)20—109—4DesignofControlSystemforContinuo

3、usMicrowaveDryerBasedonMCUTAOChengyun，ZHUDequan，SUNLei，DINGZhengyao(SchoolofEngineering，AnhuiAgriculturalUniversity，HefeiAnhui230036，China)Abstract：Becauseofthetemperatureandhumiditycouplingphenomenaintheprocessofmicrowa

4、vedrying，thestabilityofim—plementationsectorispoor，energyconsumptionislarge，theeficiencyislow，thedryingisunevenandSOonToovercometheseshortcomings，anintelligentcontrolsystembasedonMCUwasdesignedThetemperaturesensors，humid

5、itysensorsandmoisturesen—sorswereselectedTheinformationoftheovenwasdetectedbythetemperaturesensorsandhumiditysensorsTheoveninternalpa—rametersvaluesweresetItwouldalarmwhenthetemperatureandhumiditywereoutoflimitandthecorr

6、espondingdeviceswereauto—maticallyadjustedTheexperimentalresultsshowthattheperformanceoftheintelligentcontrolsystemisverywellandthedegreeofautomationishigh，whichcanefectivelyassurethedryingqualityKeywords：Microwavedrying

7、；Controlsystem；MCU；Temperature；Humidity隧道式連續(xù)干燥機(jī)是一種適合大批量物料連續(xù)干燥的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于糧食、脫水蔬菜、水產(chǎn)品、果品、食用菌、中藥材等多種物料的干燥加工，是一種通用的工業(yè)機(jī)械設(shè)備。但傳統(tǒng)的熱風(fēng)加熱方式使這種機(jī)型熱效率比較低，干燥成本高。微波以其獨(dú)特的加熱方式，提高了熱能利用率，降低了生產(chǎn)成本，因此微波干燥機(jī)被廣泛應(yīng)用于物料干燥中。但不同的物料吸收微波性能和傳熱傳質(zhì)特性不同以及熱敏性能不

8、同，對(duì)干燥過(guò)程的溫度、濕度和干燥時(shí)間的控制提出了嚴(yán)格的要求，尤其是變溫、間隙式等節(jié)能高效干燥方式，對(duì)干燥過(guò)程參數(shù)的控制提出了更高的要求。因此，針對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品的干燥要求，并基于現(xiàn)有的一種微波連續(xù)干燥機(jī)，利用單片結(jié)合Pc機(jī)設(shè)計(jì)了配套的智能控制系統(tǒng)，并以小麥種子為材料進(jìn)行了性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的智能化控制系統(tǒng)使得干燥的能耗低，效率高，操作方便，參數(shù)控制精度高，保證了物料品質(zhì)，提高了物料干燥過(guò)程的自動(dòng)化和智能化水平。1微波連續(xù)干燥機(jī)結(jié)構(gòu)

9、與工作原理微波連續(xù)干燥機(jī)由進(jìn)料斗、干燥腔、輸送裝置、儀表控制柜、控制系統(tǒng)和機(jī)架等組成。5個(gè)干燥腔串聯(lián)在一起，每個(gè)干燥腔內(nèi)均安裝有3個(gè)微波磁控管和駐波管，物料輸送帶由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)穿過(guò)相互串聯(lián)的5個(gè)微波干燥腔。在每個(gè)干燥腔上安裝1個(gè)紅外溫度傳感器、1個(gè)濕度傳感器和1個(gè)排濕風(fēng)機(jī)。在進(jìn)料口和排料口各安裝1個(gè)水分傳感器。儀表控制柜上安裝有物料表面溫度顯示儀、空氣溫濕度顯示儀、風(fēng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)、水分顯示儀、變頻調(diào)速顯示儀、電源開(kāi)關(guān)、磁控管功率調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)、

10、磁控管工作時(shí)間調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)、輸送帶電機(jī)開(kāi)關(guān)。各顯示儀分別與相應(yīng)的傳感器連接。收稿日期：2011—09—24基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐項(xiàng)目(BADA6B02)作者簡(jiǎn)介：陶程云(1987一)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械化與機(jī)電一體化。E—mail：taoehengyun87@163com。通信作者：朱德泉，E—mail：dqzhu@sinacorn。第20期陶程云等：基于單片機(jī)的微波連續(xù)干燥機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)111采用北京靈通電子有限公司生產(chǎn)的

11、1～5V電壓控制I型固態(tài)調(diào)壓器，通過(guò)改變阻性負(fù)載上的電壓來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率。(3)輸送帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制輸送帶帶速的改變主要是根據(jù)出口物料的水分。輸送帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是采用佛山市譽(yù)強(qiáng)機(jī)電有限公司生產(chǎn)的YQ3OOOM401P5變頻器，通過(guò)它來(lái)控制輸送帶的帶速大小。224數(shù)據(jù)通信模塊干燥過(guò)程檢測(cè)到的數(shù)據(jù)先送給單片機(jī)進(jìn)行處理。將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠拷邮赵O(shè)備Pc機(jī)，可以自動(dòng)追蹤干燥機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。單片機(jī)和PC機(jī)之間選用MAX232轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)串行通信。

12、這樣不僅單片機(jī)可以實(shí)行控制，PC機(jī)也能發(fā)出控制指令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，另外整個(gè)干燥過(guò)程的可視化程度較高。3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括C8051F040單片機(jī)的初始化，采集溫度、濕度、水分信號(hào)送入單片機(jī)處理，處理后的結(jié)果送入LCD中顯示出來(lái)，檢測(cè)結(jié)果與給定值比較，輸出模糊控制信號(hào)并執(zhí)行相應(yīng)控制裝置等。31系統(tǒng)的主程序流程圖在主程序中首先考慮的是系統(tǒng)的初始化。當(dāng)程序開(kāi)始執(zhí)行時(shí)，系統(tǒng)先進(jìn)人初始化，然后進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)。想使程序停止執(zhí)行，可按單片

13、機(jī)上的復(fù)位按鍵。主程序流程圖如圖3所示。設(shè)定物料的干燥溫度。在干燥的過(guò)程中，通過(guò)溫度傳感器采集干燥腔的溫度，經(jīng)過(guò)反饋分析后，調(diào)節(jié)磁共管的功率輸出，改變干燥能量，以調(diào)節(jié)干燥溫度。設(shè)定物料的干燥濕度。在干燥的過(guò)程中，通過(guò)濕度傳感器采集干燥腔的濕度，經(jīng)過(guò)反饋分析圖3主程序流程圖后，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)速的大小，以調(diào)節(jié)干燥濕度。設(shè)定物料的干燥含水率。在出料口采集干燥過(guò)后的物料含水率，經(jīng)過(guò)反饋分析后，調(diào)節(jié)傳速帶的帶速，改變帶速，以此調(diào)節(jié)物料干燥

14、的干燥時(shí)間。通過(guò)改變物料在干燥腔的時(shí)間，延長(zhǎng)或縮短干燥時(shí)間來(lái)決定干燥效果。32模糊控制器設(shè)計(jì)由于物料微波干燥過(guò)程中溫度和濕度存在耦合關(guān)系而導(dǎo)致干燥過(guò)程難以控制、物料品質(zhì)低下等不足]，因此，在設(shè)計(jì)中運(yùn)用了模糊控制算法實(shí)現(xiàn)溫濕度的解耦。輸入量是溫度偏差E(設(shè)定溫度與實(shí)測(cè)溫度的差)、濕度偏差E(設(shè)定濕度與實(shí)測(cè)濕度的差)。輸出量為加熱控制量c。和排濕控制量C，C最終量化為磁控管輸出功率，c最終量化為排濕風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。K、、、為量化因子，、為最終控

15、制輸出量。模糊控制器結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，采用三角形交叉隸屬函數(shù)，雙輸入雙輸出。溫度檢測(cè)H囂據(jù)H一J控JJ干濕度檢測(cè)圖4模糊控制器結(jié)構(gòu)示意圖輸入量和輸出量的語(yǔ)言描述為：NB，NM，NS，Z，PS，PM，船，其中：NB、NM、NS、Z、PS、PM、PM分別代表負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大。輸入語(yǔ)言變量偏差：設(shè)溫度偏差E的基本論域?yàn)閇一60cI=，60℃]，濕度偏差E的基本論域?yàn)閇40％RH，100％RH]。量化論域：設(shè)E的量化論

16、域?yàn)椋阂?，一5，一4，一3，一2，一1，0，1，2，3，4，5，6，E的量化論域?yàn)椋阂?，一5，一4，一3，一2，一1，0，1，2，3，4，5，6。E的量化因子Kt=6／60=01，E的量化因子Kh，=6／30=02。根據(jù)控制經(jīng)驗(yàn)可以得到該系統(tǒng)的模糊控制規(guī)則表如表1所示。表1系統(tǒng)模糊控制規(guī)則表NBNMNszPspMPB33上位機(jī)軟件界面設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)利用Pc機(jī)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控，上位機(jī)Pc機(jī)的軟件界面是利用LabVIEW軟件制作的。肼