移动式粮食干燥机

PAGEPAGE45摘要我国是粮食大国，水分是粮食存储的关键的要素。因此粮食的烘干成为一个非常重要的问题。本文主要研究基于TMS320F2812上智能PID控制的粮食干燥机闭环自动控制系统，本系统有分为全自动模式和半自动模式用来加热。温度和湿度传感器采集信号。人机界面实时显示便于粮食存储。总而言之，智能型移动式粮食干燥机对温、湿度信号进行采集，实时显示实现烘干系统及人机界面的设计，使其满足实际生产过程中的需要，在整个烘干过程中，自动化程度高，操作方便、安全。关键词：TMS320F2812烘干机温度传感器

绪论1.1课题的来源和意义我国是一个农业生产大国，农业是国民经济的基础，因此，在农业生产过程中，对于粮食的合理烘干具有深刻意义。它关系到国家的发展和人民生活水平的提高。在目前的情况下，由于粮食烘干技术水平的落后，导致粮食的温湿度检测存在误差，这已成为制约粮食烘干的重要不良因素。近年来，我国的粮食烘干机在技术上取得了很大的发展，特别在温度和湿度控制等方面已达到国际先进水平，为粮食的合理贮藏做出了积极贡献。但我们也应清醒地看到存在的制约因素，一次性投资大，投资回收期较长。为了解决这些问题，确保贮粮安全，我们根据当前测控水平，设计了一套方案，移动式智能型粮食干燥机自动控制系统。1.2粮食烘干机发展概况国外粮食烘干机机械的研究起步于20世纪40年代，70年到80年代谷物烘干机向高效、优质、节能、降低成本、电脑控制方向发展，90年以后谷物烘干机设备已经达到系列化、标准化。90年代以来，着农村改革的深入发展，农村经济和农业生产力水平有了较快的提高，专业化、集约化的规模经营也有了新的发展。近年来，在谷物烘干机过程的计算机摸拟方面取得了较大的进展，传统软件和专用软件的不断开发，对谷物烘干机机械的设计和产品质量的改进起到了极其重要的作用。粮食干燥机在美国、日本、独联体等国家应用比较普遍。在美国主要的机型有中、小型低温干燥仓及大、中型高温干燥机，以柴油和液化气为热源，采用直接加热干燥。设备中一般具有：料位控制，温度控制及出粮水分控制系统等。日本粮食干燥设备是从二战后发展起来的，主要发展适于干燥水稻的中、小型设备。机型有：小型固定床式谷物干燥机，中、小型循环式谷物干燥机及大型谷物干燥机等。采用的热源是柴油和煤油，少量采用稻壳为燃料。在各干燥设备中大都装有较完善的自动控制系统。在独联体，大都形成了工厂化生产，有较完善的自控系统，其谷物干燥机型以大、中型居多，为高温干燥方式。较普遍地应用干、湿粮混合加热干燥工艺（又称分流循环干燥工艺），具有一次降水幅度大、节能和干燥质量好的优点。干燥中采用的热源是柴油和煤油，为直接加热干燥。我国谷物烘干机机械的发展是从解放初期仿制日本、前苏联等国外的烘干机机开始的。由于当时谷物烘干机机械结构复杂、耗用钢材多、造价高，不适合于农村的经济和体制状况，仅在国有农场、粮库及集体企业使用。20世纪70年代后期，有关科研单位开始开发研制适合于我国国情的谷物烘干机机。80年代后，我国农村经济体制开始进行改革，研制的烘干机机械大多向多用化、小型化方向发展;逐步装备起成套的谷物烘干机设备，并与仓储、加工等设施配套成龙，成为我国谷物烘干机械的主要应用代表;同时，也引进了美国、加拿大、日本和台湾等国家和地区谷物烘干机机械，一些大专院校及有关科研单位也相继研制出了相应系列谷物烘干机设备，服务于国内粮食系统。谷物烘干机技术的发展，逐步使烘干机械走向成熟、完善，同时也加快了农业现代化步伐。总之，粮食干燥技术的发展，逐步使烘干机械走向成熟、完善，同时也使农业现代化加快了步伐，促进了生产力的发展和科技进步。1.3移动式粮食干燥机的原理及工艺1.3.1干燥机的工作原理控制系统实时检测干燥仓入口热风温度和仓内粮食温度，将采集的风温与给定温度进行比较，其偏差作为控制信号来决定燃烧器的启闭，使风温保持在适当的范围之内。移动式粮食干燥机利用热风对流的形式进行烘干。在预热段，粮食受热升温，粮食含水率变化小，干燥速度加快；烘干段，在混流热风的作用下，粮食内部水分以气态或液态形式沿毛细管转移到粮食表面，再由表面蒸发到干燥介质中去；缓苏段，主要起到缓解粮食直接接触干燥介质、间歇干燥的作用，热闷一段时间，平衡粮食内外温湿，消除水分梯度，使粮粒内部水分逐渐外移，以免引起爆腰或裂纹；冷却段，将粮食温度降到安全温度这时的粮食水分基本不变。1.3.2主要结构本移动式粮食干燥机主要由热风系统，烘干仓和御粮系统组成。柴油燃烧器，鼓风机和热风炉组成间接加热热风系统。采用控制器为核心控制元件，全高清晰真彩的台达为人机界面。控制系统的空开、交流接触器、热继电器等元件全采用德国施耐德生产的低压电气产品。具有全自动逻辑控制、智能分析数据、各运行状态的准确显示、故障自动报警和操作简单的功能，适用全国各地粮食干燥。达到高效、便捷、安全、稳定的功效。移动式粮食干燥机主要由储粮段、预热段、烘干段、缓苏段、冷却段、排粮段、机架组成，配套部分包括热风炉、提升机、相关风网等。预热段、烘干段和冷却段内装置有角状盒，呈交替状并排排列。工作时粮粒沿着角状盒的间隙S形曲线向下流动，在交替高、低温气流的作用下，粮食干燥质量好，裂纹少。手动操作系统依靠各低压电气原件来实现操控。该系统包括按钮、指示灯、空气开关、交流接触器、热继电器、变频器等，所有原件均采用德国施耐德、欧姆龙、台达等知名电气生产厂家的低压电器产品，保证系统安全、可靠、稳定的运行。半自动、全自动操作系统由触摸屏及控制模块等原件来实现操控。该系统可以实现全自动逻辑控制，智能分析数据，准确显示系统的各运行状态，故障自动报警。系统操作简捷、方便，可全自动智能操控系统。1.3.3工艺特点(1).采用混流式烘干工艺，对流热风烘干。从热风和粮食的相对运动来看，相当于顺流、逆流交替作用。(2).配套设备热风炉提供的热空气，干净无污染，确保了粮食的卫生要求，保证粮食质量。(3).配有自动控制系统，对热风温湿度、烘干终点水分实行自动控制。1.3.4工艺流程经清理后的粮食由提升机提升进入储粮段，再经预热段升温、预热、烘干、缓苏，再烘干、缓苏的烘干降水过程后，然后对粮食进行冷却降温，最后进入排粮段将粮食排出。预热段热风来源于第二烘干段及冷却段的热风循环，这样可以节约热能资源。烘干段与冷却段分别由热风风机与冷风风机打入热风与冷风。溢流的粮食从储粮段的溢流口经回流管回流到提升机。在整个烘干过程中，粮食自上而下均匀流动，热风对流穿透粮层，完成热交换后经排风口排出。再加上自动控制系统，整个工艺流程自动化程度高、操作方便、安全可靠。开机工艺流程示意图：油箱液位油箱液位液位处于正常位置液位处于正常位置启动燃烧器启动燃烧器热交换装置风门打开。热交换装置风门打开。润滑油低液位报警润滑油极低液位停机启动热鼓风机润滑油低液位报警润滑油极低液位停机启动热鼓风机启动主电机启动主电机启动引风机启动引风机启动冷风机启动冷风机启动风选机启动风选机启动上料机启动上料机启动皮带机启动皮带机皮带秤称重皮带秤称重停机工艺流程示意图：停止上料机停止上料机停止风选机停止风选机停止主电机停止主电机停止冷风机停止燃烧器停止冷风机停止燃烧器延时大于30分钟延时大于30分钟停止引风机停止引风机停止热鼓风机停止热鼓风机启动条件：燃烧器油箱液位处于正常位置（高于极低位置）；燃烧没有故障锁定;热交换装置风门打开。热交换装置风门处安装一限位开关。当热交换装置风门关闭时，限位开关打开；当热交换装置风门打开时，限位开关闭合。热鼓风机轴承套润滑油液位正常。燃烧炉膛温度参数设定正确。需要设定“点火温度”和“熄火温度”操作过程当以上条件满足后，在面板上按下“燃烧控制启动”按钮，燃烧器先启动。当炉温小于“点火温度”时，燃烧器开始燃烧。当炉温大于“熄火温度”时，燃烧器熄火。燃烧器燃烧正常后，热鼓风机方能启动。此过程中，按下“燃烧控制停止”按钮后，燃烧器先停止，热鼓风机延时大等于30分钟后停止。1.3.5工艺要求热空气分布均匀，粮食受热一致，烘干粮食循环速度快且干燥均匀，实时显示粮食温湿度，可调粮食温湿度及干燥速度，热风目标温度为100℃，大火启动温度为70℃、停止温度为90℃，小火启动温度为80℃、停止温度为100℃。此时需设置报警温度1的上限为0℃、下限为1.4移动式粮食工作模式1、检修模式：即检修时按钮单独启停各个设备，没有联锁。2、半自动模式：即分段顺序按钮启停，各设备受联锁控制，负荷参数手动调节。此操作便于空负荷调试干燥机。(一) 燃烧控制（包括启停燃烧器和热鼓风机）(二) 主机控制（包括启停主电机、引风机和冷却风机）(三) 上料控制（包括启停风选机和上料机）3、全自动模式：即设定好参数后，各设备按顺序互锁启停，负荷自动调节。选择全自动模式时，操作人员先对照我们预先设置的干燥物类（预先设置三种干燥物：谷类、麦类、豆类）的参数，进行选择干燥物种，然后启动干燥机。此操作属于傻瓜型4、主机的自动调节主电机根据预先设定的“干燥后理想达到的水分含量值”进行PID调节。当实际干燥出的粮食水分含量越接近“干燥后理想达到的水分含量值”，主电机就增大频率，提高转速。反之，减慢转速上料机转速、冷却风机转速、鼓风机转速，达到最佳烘干效果。 其自动控制系统组成图如下：粮食出口粮食出口设定含水率智能PID控制主电机转速鼓风机转速上料机转速烘干筒干燥后粮食在线式水分测定仪燃烧器炉膛设定温度智能PID控制燃烧器启停炉膛K分度热电偶温度检测干燥热风设定温度干燥热风设定温度智能PID控制PT100温度检测干燥热风冷却风电机转速由于本系统采对电加热部分采用了微机控制系统，故具有较高的控制操作性、提高了生产效率、改善了工作环境，并且会带来良好的经济效益，因而会在各种粮食烘干中得到更为广泛的应用。并且，随着“DSP”的快速发展，研究利用DSP会更加具有实践意义，也可以说是有着更为广泛的应用前景1.5本移动式粮食干燥机用于热风烘干的原因（1）.使用语言方法，可不需要掌握过程的精确数学模型，而语言方法却是一种很方便的近似。操作人员易于通过人的自然语言进行人机界面联系。（2）.采用模糊控制，过程的动态响应品质优于常规PID控制，并对过程参数的变化具有较强的适应性。通常热风烘干机为PID控制算法，对于不同的粮食需要调节的控制参数不一样，而且对于温度控制，往往为相对缓慢的变化，如果采用PID算法，超调量很难控制且整个系统参数的计算和调节的工作量非常巨大。鉴于模糊控制的独特优点，模糊逻辑可以使电子计算机模拟人的直觉，并依据不确切的信息作出决定，这是下一代工厂自动化系统的基础。模糊逻辑使用是主观的，面向语言的知识，例如操作人员的专门知识，而不是复杂的数学模型，它基本上是以规划为基础的专家系统，工作起来速度非常快，而且模拟人的判断力效率非常高。因此，在移动式粮食干燥机中应用模糊控制具有充分的理论依据。方案论证现代工业生产过程中，过程控制是不可缺少的重要组成部分，为了克服外界扰动，稳定生产，使其工况最优化，提高产品的质量产量；为了提高劳动生产率，降低生产成本，节约能源，提高经济效益；为了安全生产，改善劳动条件，保护环境卫生等，需在生产过程中对温度，压力，流量，液位，湿度等等实现自动控制，要达到上述目的，根据自动控制理论过程控制系统首先必须是稳定的，这是一个最基本的要求，除了满足绝对稳定性外，系统还必须具有适当的稳定裕量；其次系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过时间要短余差要小等。在工程上这些要求往往是互相矛盾的。因此在设计过程控制系统中，应根据实际情况，分清主次，以保证满足最重要的质量指标要求。2.1总体方案的论证2.1.1单回路控制系统单回路控制系统是指只有一个测量变送器、一个调节器、一个调节阀连同被控过程，对一个被控参数进行控制的反馈闭环控制系统图2-1单回路控制系统框图由于单回路控制系统结构简单，投资少，易于调整合投运，有能满足一般工业生产过程的控制要求，因此应用十分广泛，尤其适用于扰动变化相对缓慢，或系统纯时延较小的系统中。2.1.2复杂控制系统单回路控制系统解决了工业生产过程中的大量的参数定位控制问题。它是过程控制中结构最简单、最基本、应用最广泛的一种形式。随着现代工业生产的迅速发展，对于某些比较复杂的过程或者生产工艺、经济效益、安全运行、环境保护等要求更高的场合，单问路控制系统往往满足不了上述要求。为了提高控制品质，在单回路控制方案的基础上，开发应用诸如串级、前馈，大延时控制等一类的较复杂的系统结构方案。2.1.3新型控制系统简单控制系统和常用复杂控制系统的理论基础是经典控制理论，它们在常规仪表时代得到了广泛的应用，解决了生产过程中大部分的控制问题。但仍有许多控制问题是常规控制系统无法有效解决，甚至无法解决的。因此，从20世纪60年代开始，以状态空间法为理论基础的现代控制理论将传统的单输入单输出系统发展到多输入多输出系统领域，对自动控制技术的发展起到了积极的推动作用；与此同时计算机技术也得到了迅猛的发展，特别是微处理器芯片的发明，使得集散控制(DCS)和可编程逻辑控制器(PLC)等计算机控制系统迅速成为控制装置的主流。由于广泛采用了计算机控制，在常规仪表中难以实现的运算算法等难题得到了有效的解决，因此，各类新型控制系统纷纷从理论研究进入实际应用。随着生产的迅速发展，过程工业逐渐趋于大型化和精细化，生产系统本身的复杂性也在不断地增加，这就对自动控制提出了更高的要求。而当前实际应用中计算机控制系统主要实现的是简单控制和常见的复杂控制系统，对于一些过程特性复杂的系统若只采用简单的PID控制往往达不到满意的控制效果，因而对于新型的系统结构和控制算法的需要也就变得尤为迫切。从20世纪70 年代以来，广大的科学工作者、工程技术人员不断探索新的理论与方法，除了加强对生产过程的建模、系统辩识、自适应控制、鲁律控制(RobustControl)等的研究外，他们开始打破传统控制思想的束缚，试图面向工业过程的特点，寻找各种对模型要求低、在线计算方便、控制综合效果好的基于模型的控制算法，并逐步形成了以现代控制理论和人工智能为理论基础的多种新型控制系统。新型控制系统主要可以分为三大类。一是面向复杂特性系统的几种解决方案，如被控变量和主要扰动不可测量时的推理控制，过程间有较强关联时所采用的解祸控制以及过程有较大时滞时的时滞补偿控制等；二是以现代控制理论为基础的多变量控制系统，它包括了自适应控制和预测控制等；第三是介绍近年来倍受关注的几类智能控制系统。这些控制算法在复杂的工业过程控制中都得到了成功的应用，具有较强的实用价值。2.2传感器的原理及主要技术参数2.2.1传感器的原理简单测温原理由电子学知道,PN结的正向电流随温度呈指数规律变化,如果保持正向压降不变,其正向电流也随温度呈指数变化.然而,当正电流不变时,PN结的正向压降随温度将线性变化,现代的PN结温度传感器都是利用正向压降进行温度测量的。2.2.2主要技术参数（1）.极限参数最高工作温;是指传感器在规定的条件下,长期连续工作所允许的上限温度。一般规定PN结温度传感器的最高工作温度为200℃（2）.线性度PN结温度传感器的线性度是描述传感器的输出电压值随温度变化的直线程度。PN结温度传感器在－50℃～200（3）.灵敏度PN结温度传感器的灵敏度是指在规定的条件下,环境温度每变化1℃时,其输出电压的变化值,用ST表示,单位是mv/℃。它的典型数值为2.10mv/℃（4）.标准输出电压标准输出电压是指传感器在规定的条件下，在特定的温度场合所测得的输出电压值通常传感器生产厂家给出最低Tmin,最高工作温度Tmax，中间温度1/2(Tmax+Tmin)下的电压可以使用厂家应用,如在0～100℃的温度区内,通常有Ｖ0℃=680.0mv；Ｖ50℃=575.0mv;Ｖ100℃=470.0mv（5）.互换偏差互换偏差是指传感器在规定的条件下,对于同一确定的理想拟合直线,每一支传感器的V-T曲线与该直线的最小偏差,这个电压偏差通常按-2.10mv/℃折合成温度来表示。互换偏差是指描述传感器之间的互换程度的一个重要指标，根据使用的精度不同，一般规定四个互换档次，A档的互换偏差不大于±1.5℃;B档不大于±1.0℃,C档不大于±0.5℃,D档不大于互换偏差主要取决于材料的电阻率的均匀一致性好坏，制造器件的工艺水平及工艺水平控制的一致性，重复性好坏。（6）.时间常数PN结温度传感器的时间常数，是描述传感器的动态特性的一个参数，它的定义应该适用热敏电阻器关于时间常数的定义，即传感器在零功率测试条件下（自热忽略或自热很小），当环境温度发生突变时，传感器芯片所感受到的温度变化量为从起始到最终的变量的63.2%所需的时间。它反映了传感器对温度的敏感程度，也就是对快速变化的温度信号的敏感程度，即响应快慢，特别是对于测量脉冲温度，脉动流速及精密控温等应用场合，该参数的大小尤为重要，由于传感器的形状结构，材料，封装方式的不同，它的时间常数相差很大，从零点几秒到几分不等。（7）.稳定度PN结温度传感器的稳定度是描述传感器在各种使用条件下保持原有特性的能力的参数，它定义为输出电压的年变化率或折合成温度值后所对应的温度的年变化率。通过几年的应用与考核，传感器的稳定度不大于0.05℃（8）.耗散功率耗散功率是指传感器在测试的条件下，PN结所消耗的功率，它的计算视温度点而异。在某温度T0,传感器输出电压为VT0，设传感器通以恒定电流I0则耗散功率为ＰT0=VT0,例如在0℃时，给传感器通以100µA恒定电流，其输出电压为ＶT0=680.00mV,则传感器在0℃时的耗散功率为2.3温度传感器2.3.1温度传感器原理在本设计中，需要对粮食烘干温度进行测量，本着适用又经济的原则，我们根据实际应用需要选择PN结温度传感器WM01。同其它各类型温度传感器相比较，线性度好，响应快，灵敏度高，内阻低，功耗小，稳定度高，互换偏差小。（1）.线性度好PN结温度传感器是电压转换型温度传感器，在正向不变的条件下，其正向电压随温度近似线性变化。在－50～+50℃的温度范围内线性度为0.3%,既在0～+50℃温度范围内线性偏差<0.15％，其线性度比热敏电阻高50倍以上，长年使用可靠。热敏电阻与（2）.灵敏度高PN温度传感器的电压值小于0.1℃，比普通的工业电阻高100（3）.响应速度快适应性强PN结温度传感器由于其基片体积小（比热敏电阻小8倍），工艺技术可靠，不仅响应速度快，而且也增加了耐腐蚀性能，长期埋入粮堆或施药，熏蒸都不会损坏。反应速度比铂电阻快20倍。（4）.稳定度高PN结温度传感器输出的年变化折合成温度值后，所对应温度年变化率不大于0.05℃,（5）.互换偏差小PN结温度传感器的生产制造工艺控制过程较严，与粮食测温的T型温度传感器互换偏差不大于0.5℃（6）.内阻低，功耗小PN结温度传感器的功耗仅在70µW左右，其中的工作电流在100µA左右。在设计中，不必单设电源。图2-3PN结温度传感器特性曲线图2.3.2温度传感器的选择温度传感器有很多种类：热电偶，热电阻，半导体温度传感器和红外线测温仪等。在众多的温度传感器中，由于我们所采集的信号是空气温度，所以我们选择半导体温度传感器，这里我们考虑AD590和DS1820这两种。方案一：采用DS18B20串行温度传感器。该传感器精度高，抗干扰能力强，反应时间稍长。方案二：采用AD590，它的测温范围在-55℃～+150℃之间，而且精度高.M档在测温范围内非线形误差为±0.3方案一与方案二比较,方案一反应时间稍长,方案二具有较高的性价比，所以选择方案二。2.4湿度传感器2.4.1湿度传感器原理（1）.大气的湿度及露点地球表面的大气层是由78%的氮气、21%的氧气和一小部分二氧化碳、水汽以及其他一些惰性气体混合而成的。由于地面上的水量在不停地变化，而水份的蒸发及凝结的过程总是伴随着吸热和放热，因此大气中的水汽的多少影响了大气的湿度。大气的干湿程度，通常是用大气中水汽的密度来表示的。即每1m3大气所含水汽的克数来表示，它称为大气的绝对湿度。要想直接测量出大气的水汽密度，方法比较复杂。而理论计算表明，在一般的气温条件下，大气的水汽密度，与大气中水汽的压强数值十分接近。所以大气的水汽密度又可以规定为大气中所含水汽的压强，又把它称为大气的绝对湿度，用符号D表示，常用的单位是mmHg。。在许多与大气的湿度有关的现象里，如农作物的生长绵纱的断头以及人们的感觉等等，都与大气的绝对湿度没有直接的关系，主要与大气中的水汽离饱和状态的远近程度有关。比如，同样是6mmHg的绝对湿度，如果在炎热的夏季中午，由于离当时的饱和水汽压（31.38mmHg）尚远，使人感到干燥，如果是在初冬的傍晚，由于水汽压接近当时的饱和水汽压（18.05mmHg）而使人感到潮湿。因此通常把大气的绝对湿度跟当时气温下饱和水汽压的百分比称为大气的相对湿度，即：（公式2-1）式中H——相对湿度(RH)D——大气的绝对湿度（mmHg）Ds——当时气温下的饱和水汽压（mmHg）上式表明，若大气中所含水汽的压强等于当时气温下的饱和水汽压时，这时大气的相对湿度等于100%RH。露点:降低温度可以使未饱和水汽变成饱和水汽。露点就是指使大气中原来所含有的未饱和水汽变成饱和水汽所必须降低的温度。因此只要能测出露点，就可以通过一些数据表查得当时大气的绝对湿度。当大气中的未饱和水汽接触到温度较低的物体时，就会使大气中的未饱和水汽达到或接近饱和状态，在这些物体上凝结成水滴。这种现象被称为结露。结露对农作物有利，但对电子产品则是有害的。（2）.湿敏传感器的分类水是一种极强的电解质。水分子有较大的电偶极矩，在氢原子附近有极大的正电场，因而它有很大的电子亲和力，使得水分子易吸附在固体表面并渗透到固体内部。利用水分子这一特性制成的湿度传感器称为水分子亲和力型传感器。而把与水分子亲和力无关的湿度传感器称为非水分子亲和力型传感器。在现代工业上使用的湿度传感器大多是水分子亲和力型传感器，它们将湿度的变化转换为阻抗或电容值的变化后输出。2.4.2湿度传感器的选择（1）.湿度测量在工业生产的诸多领域得到广泛的应用，HONEYWELL公司生产的集成湿度传感器IH3605采用集成电路技术。IH3605内部的两个热化聚合体层之间形成的平板电容器电容量的大小可随湿度的不同发生变化，从而可完成对湿度信号的采集。热化聚合体层同时具有防御污垢、灰尘、油及其它有害物质的功能。而且IH3605的主要技术指标也符合在仓库中的运用。但IH3605的输出电压是供电电压、湿度及温度的函数。电源电压升高，输出电压将成比例升高。在实际应用中，需要通过几个步骤才可计算出实际的相对湿度值。在运用上太过麻烦，而且价格相对于一般所用的湿度传感器要高，适合于高精度的工业中运用，但不适合在仓库中的运用。（2）.测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气中吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式，电阻式和湿涨式湿敏元件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。HS1101的特点：不需校准的完全互换性，高可靠和长期稳定性，快速响应时间。专利设计的固态聚合物结构，侧面接触的封装产品，适合用于线性电压输出和频率输出两种电路。图2-4为湿敏电阻电容工作的温、湿度范围。图2-4湿敏电阻电容工作的温、湿度范围相对湿度在0%~100%RH范围内：电容量由162pF变到200pF，其误差2.5DSP选择TMS320F2812数字讯号处理器是针对数字控制所设计的DSP，整合了DSP及微控制器的最佳特性，主要使用在嵌入式控制应用，如数字电机控制(digitalmotorcontrol,DMC)、资料撷取及I/O控制(dataacquisitionandcontrol,DAQ)等领域。针对应用最佳化，并有效缩短产品开发周期，F28x核心支持全新CCS环境的Ccompiler，提供C语言中直接嵌入汇编语言的程序开发介面，可在C语言的环境中搭配汇编语言来撰写程序。值得一提的是，F28xDSP核心支持特殊的IQ-math函式库，系统开发人员可以使用便宜的定点数DSP来发展所需的浮点运算算法。F28x系列DSP预计发展至400MHz，目前已发展至150MHz的Flash型式。1.高性能静态CMOS制成技术(1)150MHz(6.67ns周期时间)(2)省电设计(1.8VCore，3.3VI/O)(3)3.3V快取可程序电压2.JTAG扫描支持3.高效能32BitCPU(1)16x16和32x32MACOperations(2)16x16DualMAC(3)哈佛总线结构(4)快速中断响应(5)4M线性程序寻址空间(LinearProgramAddressReach)(6)4M线性数据寻址空间(LinearDataAddressReach)(7)TMS320F24X/LF240X程序核心兼容4.芯片上(On-Chip)的内存(1)128Kx16Flash(4个8Kx16，6个16Kx16)(2)1Kx16OTPROM(单次可程序只读存储器)(3)L0和L1：2组4Kx16SARAM(4)H0：1组8Kx16SARAM(5)M0和M1：2组1Kx16SARAM共128Kx16Flash，18Kx16SARAM5.外部内存接口(1)支持1M的外部内存(2)可程序的WaitStates(3)可程序的Read/WriteStrobeTi最小g(4)三个独立的芯片选择(ChipSelects)6.频率与系统控制(1)支持动态的相位锁定模块(PLL)比率变更(2)On-Chip振荡器(3)看门狗定时器模块7.三个外部中断?8.外围中断扩展方块(PIE)，支持45个外围中断9.128位保护密码(1)保护Flash/ROM/OTP及L0/L1SARAM(2)防止韧体逆向工程10.三个32位CPUTimer11.电动机控制外围(1)两个事件管理模块(EVA，EVB)(2)与240xADSP相容12.(1)同步串行外围接口SPI模块(2)两个异步串行通讯接口SCI模块，标准UART(3)eCAN(EnhancedControllerAreaNetwork)(4)McBSPWithSPIMode13.16个信道12位模拟-数字转换模块(ADC)(1)2x8通道的输入多任务(2)两个独立的取样-保持(Sample-and-Hold)电路(3)可单一或同步转换(4)快速的转换率：80ns/12.5MSPS2.6控制电路方案一：使用模拟电路搭接。此方案的优点是成本低，程序简单，易于实现。但模拟电路受外界，特别是温度的干扰很大，且器件之间的互相干扰也非常明显。所以测量精度不易保证，不利于整个测量系统的工作。方案二：使用DSP作为主控芯片。由于DSP内部自带A/D转换功能，可以简化硬件电路的设计和干扰，并且使用高级语言编程，程序简单易懂，易于实现。综合以上各方案，采用方案二作为主控电路。第三章硬件系统设计本设计是基于DSPTMS320F2812对数字控制系统。所采用的控制系统具有运算速度快、精度高、集成度高、电路设计简单和电磁兼容性好等优点。设计以DSPTMS320F2812为核心的一套检测系统，其中包括电源系统、温度和湿度检测及控制、键盘及显示、报警电路、等部分的设计。3.1DSPTMS320F2812的介绍和特性德州仪器所生产的TMS320F2812数字讯号处理器是针对数字控制所设计的DSP，整合了DSP及微控制器的最佳特性，主要使用在嵌入式控制应用，如数字电机控制(digitalmotorcontrol,DMC)、资料撷取及I/O控制(dataacquisitionandcontrol,DAQ)等领域。针对应用最佳化，并有效缩短产品开发周期，F28x核心支持全新CCS环境的Ccompiler，提供C语言中直接嵌入汇编语言的程序开发介面，可在C语言的环境中搭配汇编语言来撰写程序。值得一提的是，F28xDSP核心支持特殊的IQ-math函式库，系统开发人员可以使用便宜的定点数DSP来发展所需的浮点运算算法。F28x系列DSP预计发展至400MHz，目前已发展至150MHz的Flash型式。F2812芯片上设计了一个相位锁定模块(PLL)，这个模块将会提供整个芯片所需频率源。PLL模块方块图如图2所示。PLL提供了4位(PLLCR[3:0])的PLL倍率选择，共10种放大倍率，可动态改变CPU的频率频率。如表1所示为PLLCR缓存器的格式，缓存器的位说明如表2所示。XCLKIN：外部频率源输入。OSCCLK：与XCLKIN的频率一样。CLKIN：CPU维持正常工作所需的频率源。这是整个芯片的最高频率。SYSCLKOUT：与CLKIN的频率一样，提供给外围电路使用。第四章粮食干燥机的使用本移动式粮食干燥机采用控制器为核心控制元件，全高清晰真彩的台达为人机界面。控制系统的空开、交流接触器、热继电器等元件全采用德国施耐德生产的低压电气产品。具有全自动逻辑控制、智能分析数据、各运行状态的准确显示、故障自动报警和操作简单的功能，适用全国各地粮食干燥。达到高效、便捷、安全、稳定的功效。1-2电气设备工作环境本系统电气设备应在规定工作环境中运行：工作环境要求无雨淋、无盐雾水汽、油渍、腐蚀性气体、可燃性气体及油雾工作环境温度-20℃～海拔高度低于1600m环境湿度小于95％RH,无凝露震动等级小于5.9m/s2防护等级IP65供电频率AC50Hz±2﹪供电电压AC380±10﹪2-2系统流程本移动式粮食干燥机控制系统的运行方式分为两种，开机流程和停机流程。2-2-1开机流程开机工艺流程示意图油箱油位是否有油油箱油位是否有油Y进行加油N启动燃烧器N无油或油极低停机启动热鼓风机包闸打开启动热交换机启动筛分机启动闭风器启动上料机启动排风机启动冷风机启动引风机启动抛送机2-2-2停机流程停机工艺流程示意图停止上料机停止上料机停止抛送机停止引风机停止燃烧器停热鼓风机包闸关、停止热交换机自动情况下系统自设一定时间达到设定停机温度时停止冷风机停止筛分机停止闭风器停止排风机2-3电气控制装置本移动式粮食干燥机控制系统的电气控制装置包括：电气控制柜、电气操作柜。2-3-1电控柜操作面板电控柜操作面板示意图-1电控柜操作面板示意图-2：2-3-2电控柜元器件及作用电控柜操作面板示意图-1中的元器件及其作用：电源旋钮：供给操作柜的电源，在每次烘干之前，打开电源钥匙，进行操作，烘干完后，关闭钥匙开关，拔下钥匙，妥善保管。电压指示表：当与外界电源接通时，合上总开关，对应在电压表上指针显示出当前的电压。电流指示表：当与外界电源接通时，合上总开关，对应在电流表上指针显示出当前的电流。温湿度仪：准确测试出当前大气的温度和湿度。皮带称称重显示器：准确的测试出在出料口出料的多少。热风温度显示器：测试出燃烧器对炉膛加热后，在炉膛出口处的温度。同时在手动状况下对燃烧器的加热的控制。触摸屏：选择自动状况下，进行操作及显示各个电机的运行状况。上料机、大滚筒、热鼓风变频显示及控制器：手动情况下，调节上料机、大滚筒和热鼓风机的频率时，旋转相应的旋钮改变频率，显示器上就会显示出对应的频率。故障报警指示灯：当出现故障时，对应的故障灯就会亮起。急停开关：当出现紧急情况时，急速按下此开关，各个控制部分全部停止。复位按钮：在自动情况下，对程序进行复位，使其从新执行。当有故障，排除故障后，按此键也是对程序进行复位。热交换机旁路旋钮：在粮食烘干的过程中，突然出现断电情况，热交换体内存有正在烘干的粮食，再次启动，带变频启动不能够启动时，用此旋钮启动，启动一段时间后，关闭此旋钮，再进行正常启动、运行。模式选择旋钮:模式选择有两种，一是手动模式，二是自动模式。选择相应的模式，对应相应的操作模式。电控柜操作面板示意图-2中的元器件及其作用：1、电压转换开关：在烘干前，接通外部电源，合上总空开后，检查各个相线电压是否断路,各个相线电压为380V。2、电源指示灯：在烘干前，接通外部电源，合上总空开后，打开控制面板上的电源钥匙开关，该指示灯点亮。烘干完毕后，停止各个电机，关闭电源钥匙，该指示灯熄灭。3、燃烧器故障指示灯：当燃烧器发生故障时（燃烧器多次点火不成功、火/小火之间转换有问题、燃烧器的油位过低不够燃烧），该指示灯亮起。没有问题时该指示灯长灭。4燃烧器启动、停止按钮：绿色按钮控制燃烧器的启动，红色按钮控制燃烧器的停止。燃烧器燃烧柴油，产生热量聚集在锅炉里，用热量进行粮食烘干。5、热鼓风机启动、停止按钮：绿色按钮控制热鼓风机的启动，红色按钮控制热鼓风机的停止。热鼓风机把燃烧器产生的热量从炉膛里抽出，送往热交换体（大滚筒）6、热交换机启动、停止按钮：绿色按钮控制热交换机的启动，红色按钮控制热交换机的停止。转动大滚筒，把粮食和热风在此进行交换，使其充分干燥。7、筛分机启动、停止按钮：绿色按钮控制筛分机的启动，红色按钮控制筛分机的停止。筛分机在粮食烘干前，使其粮食和杂物进行分离，并排出。8、闭风器启动、停止按钮：绿色按钮控制闭风器的启动，红色按钮控制闭风器的停止。闭风器用于关闭风门，启动上料机是升降臂的电源。9、排风机启动、停止按钮：绿色按钮控制排风机的启动，红色按钮控制排风机的停止。进行热交换后，所有的湿热气通过排风机排除。10、引风机启动、停止按钮：绿色按钮控制引风机的启动，红色按钮控制引风机的停止。引风机用于在进行热交换后，吸收外界空气。11、冷风机启动、停止按钮：绿色按钮控制冷风机的启动，红色按钮控制冷风机的停止。冷风机用于在热交换后，使外界的空气与交换粮食的湿热气体迅速混合，达到降温，在排风机的吸附下，迅速排除，保证粮食的烘干效果。12、皮带抛送机启动、停止按钮：绿色按钮控制皮带抛送机的启动，红色按钮控制皮带抛送机的停止。在冷却系统完成工作后，排除粮食时，把粮食抛送到一定的位置，在抛送的过程中装有称重系统，准确的测试出粮食的重量。13、上料机启动、停止按钮：绿色按钮控制上料机的启动，红色按钮控制上料机的停止。将粮食输送到干燥机上，进行粮食干燥。本移动式粮食干燥机控制系统以控制器为核心控制元件，全高清真彩的台达触摸屏为人机界面。控制系统分为手动操作系统、半自动操作系统、全自动操作系统，操作简捷、方便，运行可靠、稳定。手动操作系统依靠各低压电气原件来实现操控。该系统包括按钮、指示灯、空气开关、交流接触器、热继电器、变频器等，所有原件均采用德国施耐德、欧姆龙、台达等知名电气生产厂家的低压电器产品，保证系统安全、可靠、稳定的运行。半自动、全自动操作系统由触摸屏及控制模块等原件来实现操控。该系统可以实现全自动逻辑控制，智能分析数据，准确显示系统的各运行状态，故障自动报警。系统操作简捷、方便，可全自动智能操控系统。操作前准备1.打开电源总开关，由“OFF”位置转至“ON”位置1.检查主电源是否供给：观察控制面板上的电压表是否有电压指示，并旋转电压转换开关，AB、BC、AC线电压应均为380V。2.旋转控制面板的“电源”开关，检查电源指示灯是否点亮，触摸屏是否打开。3．依次接通各空气开关。4.观察控制面板上各仪表是否正常，检查温湿度显示仪、称重显示仪、热风温控仪是否处于正常工作状态。5.观察变频器控制板是否正常。若有异常显示，必须停止操作。开机运行操作模式设备的系统开机设置了三种操作模式：“手动模式”、“半自动模式”、“全自动模式”。系统运行1）“手动模式”操作“手动模式”操作的选择：在控制面板上旋动“模式选择”旋钮，选择“手动模式”，进入手动操作模式。依次按下各电机“启动”（绿色）、“停止”（红色）可控制各电机的启动和停止。操作流程：①热风温控仪的设置例：热风目标温度为100℃，大火启动温度为70℃、停止温度为90℃，小火启动温度为80℃、停止温度为100℃。此时需设置报警温度1的上限为0℃、下限为20℃，报警温度2的上限为10℃、下限为30℃。②启动电机先按下“燃烧器”的启动（绿色）按钮，待燃烧器点火成功，热风温控仪会根据用户设置自动开启或关闭燃烧器的大火、小火控制开关，当热风温度达到目标温度时，按下“热鼓风电机”的启动（绿色）按钮开启热鼓风机。依次按下“热交换机”、“筛分机”、“闭风器”、“排风机”、“引风机”、“冷风机”、“皮带抛送机”、“上料机”启动（绿色）按钮开启各电机。③停止电机先按下“上料机”的停止（红色）按钮，待热交换机内的粮食烘干完成后，依次按下“燃烧器”、“热交换机”、“筛分机”、“闭风器”、“排风机”、“引风机”、“冷风机”、“皮带抛送机”停止（红色）按钮停止各电机。当热风温度降至50℃左右时，按下“热鼓风机”停止（红色）按钮停止电机。2）“半自动模式”操作“半自动模式”的选择：在控制面板上旋动“模式选择”旋钮，选择“自动模式”，进入触摸屏操作。在触摸屏开机画面下，点击“半自动模式”按钮，触摸屏将显示如下图所示画面：操作流程：⑴在半自动模式下，根据现场需求，依次输入热交换机、热鼓风机、上料机的电机转速，须点击“设置有效”按钮，把参数发至各控制变频器里。⑵热风温度设定：在半自动模式下，点击“热风温度设定”按钮，触摸屏将显示如下图所示画面：在触摸屏上依次输入现场所需的：停炉温度、目标温度、小火温度、大火温度。按下“设置完成”按钮返回半自动模式操作画面。注意！四组温度参数设置时必须满足以下的条件：停炉温度>目标温度>小火温度>大火温度例：停炉温度：100℃目标温度：90℃小火温度：80℃大火温度：70℃⑶电机控制：在半自动模式下，须先点击“启动模式”按钮开启半自动模式，屏幕的上方会显示“半自动模式”五个字。再点击“电机控制”按钮进入电机控制操作，触摸屏将显示如下图所示画面：在启动半自动模式下，点击各电机的控制按钮可以启动相应电机，再次点击各电机的控制按钮可以停止相应电机。若电机开启，其相应的指示灯会点亮。①启动电机：先点击“燃烧器”按钮启动燃烧器，在系统设定的延时结束时，自动开启热鼓风机。然后依次点击各电机的控制按钮，启动相应电机。（注：上料机按钮须在其他电机全部启动之后才可以解除锁定。）②停止电机：先点击“上料机”按钮停止上料机，待热交换机内的粮食烘干完成后，依次按下“燃烧器”、“热交换机”、“筛分机”、“闭风器”、“排风机”、“引风机”、“冷风机”、“皮带抛送机”按钮停止电机。当热风温度降至设定值时，系统自动停止热鼓风机。3）“全自动模式”操作“全自动模式”的选择：在控制面板上旋动“模式选择”旋钮，选择“自动模式”，进入触摸屏操作。在触摸屏开机画面下，点击“全自动模式”按钮，触摸屏将显示如下图所示画面：操作流程：⑴参数设置在全自动模式下，点击“参数设置”按钮（F1），触摸屏将显示如下如所示画面：在此画面下，选择需要干燥粮食的区域、种类：选择完成后，输入需要干燥粮食的“含水量”，确定目标粮食的参数，点击“下一步”按钮，进入下一组参数的设置，触摸屏将显示如下图所示画面：在此画面下，系统会自动通过内部计算，显示所需的热交换机、热鼓风机、上料机的电机转速，同时用户也可根据现场需要修改所需参数。设置完成后，须点击“设置有效”按钮把各电机参数下发至各控制变频器。点击“返回”按钮可回到“全自动模式”画面。⑵热风温度设定在参数设置的画面下，点击“热风温度设定”按钮，触摸屏将显示如下图所示画面：在触摸屏上依次输入现场所需的：停炉温度、目标温度、小火温度、大火温度。按下“设置完成”按钮返回全自动模式操作画面。注意！四组温度参数设置时必须满足以下的条件：停炉温度>目标温度>小火温度>大火温度例：停炉温度：100℃目标温度：90℃小火温度：80℃大火温度：70℃⑶电机控制：在全自动模式下，须先点击“启动模式”按钮开启全自动模式，屏幕的上方会显示“自动模式”四个字。①启动电机：在全自动模式开启状态下，点击“开始”按钮，系统将自动开启各电机。开启的流程为：首先启动燃烧器，系统延时结束后自动开启热鼓风机，然后依次开启热交换机、筛分机、闭风器、排风机、冷风机、引风机、皮带抛送机、上料机。②监控运行：在全自动画面下，点击“监控运行”按钮，触摸屏将显示如下图所示画面：在监控运行画面下，可察看各电机运行状态，若电机开启，相应的指示灯会点亮。③停止电机：在全自动模式画面下，点击“停止”按钮，系统将自动停止各电机。停止的流程为：首先停止上料机、筛分机，系统延时结束后自动停止燃烧器、热交换机、闭风器、排风机、冷风机、引风机、皮带抛送机。当热风温度降至设定值时，系统自动停止热鼓风机。故障报警系统发生故障时，在每个画面的上方会有最新的故障报警显示。例：如下图所示为故障报警显示：（注：电机发生故障时，系统将自动切断相应电机的开关，故障排除后需按下控制面板上的“故障清除”按钮才可再次启动相应电机。）在全自动模式和半自动模式的画面里均设置了“故障记录”按钮。可查看故障的“编号”、“日期”、“时间”、“故障内容”等相关信息。如下图所示为故障记录画面：参考文献：1曹崇文,戴天红;混流式谷物干燥机的计算机辅助分析[J];中国农机化;1997年S1期2史英春;郭晓云;贾怀远;马浏轩;;油菜籽干燥工艺的研究[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2009年06期3吴崇友;;我国油菜全程机械化技术途径[J];农机质量与监督;2008年03期4谢奇珍;刘进;师建芳;张景文;;水稻混流干燥工艺的试验研究[J];农业工程学报;2006年03期5崔士勇，黄兴华，夏吉庆，李贵，刘守江，张艳来，臧宏;5HGS－45大型粮食干燥成套设备的研制[J];农业机械学报;1996年01期6谢敏;胡伟;;粮食烘干机械化的现状及发展建议[J];农业机械;2001年12期7王丹阳;李成华;杨玉芬;佟玲;张本华;;基于干燥时间的稻谷深床干燥工艺参数的优化[J];沈阳农业大学学报;2008年02期8韩宝柱,马献力,亓校文,高树林;浅析油菜籽干燥技术[J];现代化农业;2001年07期总结在现代科技迅猛发展的今天，DSP在工业和生活等各个方面应用越来越广泛，特别在自然环境的检测中，在很久以前人们就开始对环境温度进行简单的测量，随着社会的不断进步，人们对温度测量的要求逐渐提高，原有的功能已经不能满足其要求，智能化的温度测量系统走上历史的舞台，现代社会，智能系统走进了人们生活的方方面面。我通过对粮食烘干机系统的设计，使我体会到了成功的喜悦，也懂得了任何事情的成功都要付出艰辛的劳动和辛勤的汗水。几个月的毕业设计终于要画上句号，通过这次毕业设计，我感觉受益匪浅。因为此次设计结合了大学里各专业课的内容，所以在这短短的几个月中，我把学到的有关单片机原理与应用、微机接口、数字电子、等知识都运用在此次设计中，完成了粮食温湿实时显示系统的设计。本次设计，不仅让我重新复习了从前的知识，而且还弥补了以前的许多漏洞，学会了综合运用知识，学会了应用实践。让我学会了综合考虑问题，全面分析问题，总体规划布局等有关设计的方法，体会到了理论联系实际的重要性。在此论文完成之际，我取得的成绩是在王志达老师的精心指导下完成的，这里我要向指导师表达最衷心的谢意！目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章总论 1第二章项目提出的背景和必要性 4第一节项目建设背景 4第二节项目建设的必要性 4第三节项目建设的先进性 8第三章市场分析与建设规模 10第一节市场分析 10第二节建设规模 11HYPERLINK\l"_Toc36