循环式粮食干燥机的智能控制系统

中国是世界上大的粮食生产和消费国，年总产粮食约5亿t据统计，每年因气候潮湿，湿谷来不及晒干或未达到安全水分造成霉变发芽等损失的粮食高达5采用机械干燥是挽回损失的佳方法但是，粮食的机械化干燥在中国发展较慢，干燥设备的数量和质量与发达国家相比存在很大差足距据1999年统计，中国大陆机械干燥的粮食仅占粮食总产的4，而中国台湾省粮食机械干燥程度达7.日本水稻种植面积只有中国的1/16，但其干燥机却有150万台，机械干燥程度达95大，前景广阔。
目前国内的粮食干燥设备多为大型，而农民急需中小型干燥机1996年起，上海三九公司（台湾独资）和无锡金子公司（日本独资）生产的干燥机进入中国市场，该类干燥机属于中小型，尽管价格偏高，但由于具有使用性能良好，可靠性、自动化程度高等特点，依然受用户的欢迎，也是政府推广的干燥机，市场前景看妊国内也有多家企业生产此类粮食干燥机随着技术的发展，人们对干燥机的自动化程度要求越来越高，以传感器、微控制器为核心的控制系统将广泛应用于粮食干燥机中，实现粮食干燥机的智能控制将基金项目：南京工程学院院基金项目（科04-测与CIMS南京市黑龙江路19号汇林绿洲怡林苑2-1-901室，是发展的趋势。
目前，台湾和日本企业生产的粮食干燥机，采用了电脑自动控制系统有十几个按键，三十多个指示灯，设置和控制还是比较复杂。国内己有人开展这方面的研究，控制电路所用芯片较多，控制原理复杂，方式固定，设置的参数少，没有时钟控制，使用的是模拟量的温度传感器，而且多用在大型干燥机上国产的小型干燥机还没有实现电脑自动控制，在此基础上，研制开发了一体化的智能控制系统，能够较好地完成对干燥机的控制所用芯片少，设置的参数多，设置的参数断电不丢失，有时钟控制，使用数字温度传感器不仅能在线测定谷物水分，达到设定的水分值就自动停机，而且当设定的烘烤时间到也能自动停机，并可测量干燥机内4个测点的温度（可扩展到任意多个测点的温度），还提供多路监测信号（多16路），超限报警，操作简便，控制可靠，抗干扰能力强该控制系统己被企业使用。
1循环式粮食干燥机的作业流程由于稻谷自身生物学特性决定了稻谷是较难干燥的谷物，循环式粮食干燥机采用低温大风量、多通道、干燥加缓苏的工艺进行干燥，其作业流程见工作中，粮食装入料斗，经提升机送至干燥机顶部，直到装满整个干燥机干燥过程中，谷物缓慢下落，流经干燥部后由下搅龙送至提升机下部，再由提升机向上输送，由上搅龙横向均匀撒下，经过一次干燥后的谷物在存储部一段时间后（缓苏），再次流往干燥部受热干燥，如此反复循环直到达到设定的水分值下本体一侧装有以柴油为燃料的燃烧机，燃烧机产生热量加热空气，由装在下本体另一侧的排风机形成热气流热气流通过干燥部的谷层，带去谷物多余的水分，使谷物得到干燥可用于稻谷、小麦玉米高粱黄豆等作物种子干燥，是农业部推荐机型。
2控制系统组成3A型干燥机智能控制系统由单片微机处理系统主机控制电路、水分传感器温度传感器、风压传感器仓位传感器故障传感器等组成，见整套系统除传感器外，都装在1个控制箱中，控制箱的面板上有2个指示灯，绿色为电源、红色为报警，1个液晶显示屏4个功能按键和1个急停按钮，侧面有1个电源开关。
2.1传感器部分水分传感器外购，水分值通过串口输出，接微电脑系统的串口。
温度传感器采用DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20，它具有3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55C~ +125C，可编程为9位~12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625C，它可在1s内把温度转变成数字，串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与任意多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。每个DS18B20在出厂时给定一个48位的序号。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统本系统用了4个温度传感器，接到单片微机系统的一个I/O口。
风压传感器和故障传感器均采用机械装置带动微动开关实现仓位传感器采用光电开关实现使用5V电源，直接进入单片微机系统的I/O全点阵液晶显示器组成。可完成图形鞭说也可狱示也吨路6能在系统可编涫强。匕邮漱wPrMbookmark6 2.2单片微机系统单片微机系统由单片机、液晶屏、数据存储芯片、可编程逻辑器件CPLD时钟芯片、通信接口、按键等组成，见。
64KB程序存储器（所开发的程序己超过32k）64KB数据存储器，4个8位的双向输入输出口，1个UART串口，3个16位的定时计数器，8个中断源串口用于接收水分传感器的数据晶振用18.432MHz液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及格192（64 12< 4个（16（16点阵汉字。作者还做了几个动画表示电机启动、粮食进仓和出仓等32K，用于存放设定的数据2线制串行EEPROM，双向数据传输，100000次擦写，数据可保存40年，可以硬件和软件写保护。该芯片用于保存干燥机设置的参数，水分传感器的校准值和修正值等，断电不丢失数据个宏单元，116个可用I/O引脚，组合延迟可快至7.5ns计数器的频率可达227.力，可编程檫除100次，能很好地满足设计需要。
DHL语言完成各底层单元模块设计，编译仿真通过后，口进行在线编程（ISP-InSystemProgrammable），并将仿真检验后的代码烧入EPM3256- 144芯片，从而完成了整个芯片的设计。
CPLD用于扩展单片机的I/O口，完成地址译码、16路外部信号的输入、16路继电器控制信号的输出、按键控制、系统时钟、液晶屏的控制，扩展了1个串口用于和计算机双向通信振、支持I2C总线接口的高精度实时时钟芯片。低功耗，年、月、日星期、时、分、秒的BCD码输入腧出。自动日历到2099年（包括闰年自动换算功能）时钟年误差小于2min（在25tfC下）该芯片用于烘烤记时电压调节芯片LM1086-ad，用于5V电压稳定总线驱动芯片74HC245用于CPLD的I/O口的电平过渡，3.3V到5VCPLD的I/O电平是3.3V，外部电平是5V的，中间用74HC245作为缓冲232串行通讯电平转换芯片，用于串行通信。
燃烧机的热风温度的A3ciM、燃烧室的高温度谷ing设定可以按水分分成锻进行设定见图。3个水分段bookmark8 23控制电路干燥机有5个电动机，小的是单相90W，大的是三相22kW考虑直流电源、指示灯、安全性等因素，选用的开关电源提供5V和24V，单片机驱动5V的固态继电器，5V的固态继电器驱动24V的直流继电器，24V的直流继电器再驱动交流接触器、固态继电器和指示灯，进而控制5个电动机并设有过载保护、过流保护、缺相或断相保护、声光报警和急停装置。
3智能控制整个干燥机的操作就象银行的自动取款机，根据界面提示进行操作即可3.1智能按键按键只有4个，完成干燥机所有的参数设置，粮食进仓、出仓和干燥作业，温度传感器设定，水分传感器的校准，电机的维修调试等每个按键的功能在不同状态下不同，具体功能依液晶屏上提示进行操作。按“向下”键是向下移动光标，按A键是增加数值，按“5”键是减少数值，按“返回”键是返回上一层操作界面。
3.2智能参数设置需设置的参数多达15项，有目标水分、干燥时间、物的高温度出风口的高温度谷物品种>谷物的仓位、当前季节、延时的时间、校对时钟等设定的参数断电不丢失，下次工作时仍然有效（除烘烤时间）对相同情况的干燥，只需重新设置烘烤时间，其它参数无需重新设置，即可工作，适合批量干燥设置时，按“向下”按键把光标移到相应的数值上，按键增加或减少，按“返回”回到上层界面是其中的一个设定界面。
3.3数字温度传感器的动态设定4个数字温度传感器连接好后要进行设定才能使用。采用的是动态设定设定时，每次接通一个温度传感器，在液晶屏上通过按键将此传感器自由地设定为燃烧机的热风、燃烧室、粮温或出风的温度传感器。
3.4的三段式燃烧机的热风温度设置燃烧机的工作方式是：当燃烧机的热风温度达到高温度时，停止燃烧；当温度下降到低温度时，燃烧机重新燃烧燃烧机的热风温度的设置非常讲究，干燥机的干燥效率，主要在燃烧机，为了保持谷物的品质，谷物温度不能过高，因此燃烧机需要频繁地启动和停止为了提高效率，谷物在高水分值时，粮温可以高些，随着水分的降低，谷物温度也要随着降低。对燃烧机的高热风温度制的的水分值可以设定，相应的燃烧机的高热风温度也可设定，以适合不同品种、不同要求的粮食干燥，而且在烘烤过程中也可以更改，断电不丢失燃烧机的低热风温度设定为低于高热风温度2C.此项功能有助于研究谷物水分与燃烧机的热风温度之间的关系，积累专家经验，在保证谷物品质的前提下，达到高的干燥效率，以节省能源时间和人力等，更便于用户针对不同烘烤目的的使用。
燃烧机三段温度设定界面5智能测控自动检测温度检测的温度有燃烧机的热风温度、燃烧室温度、粮仓温度和出风温度。燃烧机的热风温度控制燃烧机的启动和停止。燃烧室温度用于辅助控制燃烧机，以保证进入谷仓的热风温度不要太高，以免影响谷物品质粮仓温度用于控制烘烤的谷物的温度，保证谷物的品质，特别是种子烘烤，要求温度小于35C，防止稻谷爆腰，保证发芽率粮仓温度和出风温度用于辅助控制，烘烤监控，如粮仓温度过高，出风温度过低，说明热风交换不畅出仓时，国家标准要求谷物温度和室温差8C，才可出仓可以检测谷物的仓位，空仓、1/3仓、2/3仓和满仓，空仓：谷物干燥完出仓时，出完了自动停机进仓时，谷物到设定的仓位自动停机。
干燥机运行发生故障时，红色报警灯亮，蜂鸣器鸣叫，燃烧机停止工作。
排风机不工作时，风压传感器报警，停止燃烧机。
燃烧室温度、粮仓温度和出风温度3个温度中任一个温度过高（即超过设定的高温度），就停止燃烧机，并进行温度报警（燃烧机的热风温度超过设定值，不报警，只停止燃烧）排粮阀和提升机发生堵转故障时，干燥机停机，报警常用的粮食干燥方式有通风干燥常规干燥、两段式干燥和定时干燥4种方式。
通风干燥是只通风，燃烧机不工作的一种干燥方式。具体做法是把燃烧机的热风温度设的比室温低，即可实现通风干燥常规干燥是按设定目标水分值和烘烤时间进行控1方式，水分值和烘烤时间两个条1件中的一41足就停机，两个条件更安全地保证谷物品质两段式干燥是干燥一段时间，停机一些时间（增加缓苏）后，再开机进行干燥，直到完成。由于所设计的控制系统断电数据不丢失，可以多段式干燥。
定时干燥是按设定烘烤时间进行干燥，时间到，干燥机停止干燥只需将目标水分值设的低一些即可。
4种干燥方式都是通过4个按键设定条件后，按“烘烤”键即可烘烤中可更改设定的条件、查看报警信息和人工停机干燥机的烘烤界面见通过计算机将水分传感器的标定值传送给单片机，起到校准作用。
4抗干扰措施干燥机主要面向农村，要求工作可靠稳定，抗干扰能力强。经过多次实践，采取了如下的抗干扰措施：直流电源选用开关电源，有过流、过压、过热等保护作用。它的5V与24V隔离，其供电是通过电源滤波器接到交流220V双面电路板除了电路走线外，其余部分均为地，而且封闭，起屏蔽作用。固态继电器单独做成电路板，与微电脑系统分开。
采用复杂可编程器件CPLD，减少单片机的外围芯片和电路，提高抗干扰能力单片机的5V和继电器的5V用电源隔离模块SR5S5A000进行隔离，而且单片机的电源用LM1086 -AD稳定在5V燃烧机要频繁起动，几分钟起动一次，用交流接触器控制燃烧机，交流接触器的线圈频繁通断电，有电磁干扰，改为固态继电器，无线圈，不产生干扰。
信号光电隔离所有输入信号和输出信号都经过LPT521-4光电隔离。
继电器的线圈加二极管和电容做放电吸收电路，去除触点的抖动线圈反向并接二极管来消除电磁干扰外壳接大地单片机部分有一个铁壳外罩屏蔽，控制箱与干燥机相连，干燥机外壳单独接地软件“看门狗”技术，定时扫描键盘、检测报警和刷新界面，具有良好的抗干扰性能软件部分也采取了几种抗干扰措施，如数字滤波、取平均值、去粗大误差等5系统软件设计本系统的控制程序采用模块化的设计思想，用C51设计，主程序先进行系统的设置和初始化，如串口液晶屏、时钟、定时器中断、按键初始化进入循环，系统检测是否有从PC机过来的命令，有就执行；定时40ms刷新液晶屏的显示在烘烤状态下，定时400ms检测报警、水分、温度和显示时钟等。系统在刷新液晶屏时，扫描按键，当有按键按下时，根据所按的按键不同，调用相应的功能模块，执行相应的操作，控制干燥机工作。操作类似银行的自动取款机6结语该系统经过反复实践，多次改进，尤其是加了各种抗干扰措施，电路板重做了5次由于使用了单片机和CPLD，外围电路少，芯片也少。一些硬件无法做到的功能（如水分传感器的校准和修正），由软件去完成，软硬结合，功能扩展容易，该系统的软件更是多次改进和完善尤其是听取了国家和江苏农机站来鉴定的专家的意见，进行一次较大规模的改进，特别加了燃烧机热风温度的三段式温度设定，控制灵活，适合于各种干燥要求，干燥效率大大提高，能源时间、人力更加节约。该系统在农村经过长时间考机，运行正常可靠该系统可以实时检测谷物水分、各点温度等信息，及时报警，将测量的谷物水分值传送给计算机，便于多台干燥机的集中监控，以及进一步进行统计分析，积累专家经验，针对不同的谷物品种，不同的烘烤目的，三段水分如何划分，相应的燃烧机高热风温度和低热风温度设为多少合适，即能保证谷物品质，又能效率高，能源消耗少，更方便用户不同烘烤目的的使用。
该系统可扩展性强，可接任意多个温度传感器，有16路输入信号和16路输出控制，也可用于其它自动控制场合。
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