1、SRT项目申请表分解SRT计划项目申请书项目名称: 烘干机里的湿度检测与温度控制 申请者: 院 系: 工学院 专 业: 自动化 指导教师: 职称: 高级工程师 2016年 2 月 28 日南京农业大学教务处制一、简表申请者姓名学号班级年级电话E-mail项目名称烘干机里的湿度检测与温度控制项目来源A、 自立项目 B、教师科研课题的子项目 C、其它项目类型A、实验研究 B、调查研究 C、软件制作经费额度指导教师姓名李询指导教师职称高级工程师合作者姓名、学院、班级申请时间完成时间项目研究内容摘要 近年来,模糊控制在许多控制应用中都取得了成功,模糊控制不需要了解系统的数学模型,对于谷物烘干机出粮干燥
2、自动控制系统中,模糊控制就成为较好的选择。本设计将模糊控制理论最新应用于谷物干燥的控制系统,以单片机为核心的模糊控制器将模糊逻辑语言控制策略变为有效的自动控制策略。在数字单片机上用模糊控制算法编制软件程序来实现对谷物烘干过程的模糊控制。本实验系统还充分利用了MATLBA的模糊逻辑工具箱和SIMULINK相结合的功能,首先在模糊逻辑工具箱中建立模糊推理系统Fis作为参数传递给模糊控制仿真模块,结合图形化的系统建模和仿真工具,再通过计算机仿真模拟出实际系统运行情况。本设计结合谷物干燥机实际情况,确定了相应的控制参数,采用8032单片机系统设计了具体的温、湿度模糊控制软硬件系统,给出了实际工作程序流
3、程,采用新型变频调速系统进行控制,建立了先进、稳定、高效的整体系统,能实现实时温、湿度显示控制、异常情况下报警等诸多实际功能。同时还预留了扩展接口,为进一步完善系统功能做了一定的准备工作。二、立论依据 （包括项目的研究意义、现状分析，并附主要参考文献及出处） 研究意义： 我国是传统的农业生产大国,保证粮食生产是关系到国民经济的关键所在。在现今土地资源日益减少的情况下,农产品问题更加重要。为了保证国家粮食安全稳定，国家制定了粮食安全中长期规划，到2020年要使全国粮食总产量新增500亿公斤以上。但我国粮食产后机械化干燥水平落后，谷物干燥机械化水平较低，每年全国采用机械化烘干粮食不足800亿公斤1
4、。粮食自然晾晒依然占据主流，收获后的谷物受气候等因素影响或没达到安全水分而导致在储藏、加工等环节出现腐烂和霉变，合计可达我国年粮食总产量的5%左右，经济损失高达300600亿元。提高现有农产品质量和产量就必须重视谷物的机械化干燥问题。谷物烘干机的结构虽然比较简单,但烘干过程是非线性、时变性和多变量的。在烘干过程中由于受各种不确定因素影响,难于建立精确的数学模型。因而要改进粮食烘干工艺，优化作业参数，提高干燥过程的自动化水平；开发抗干扰性强的智能控制系统，改善谷物干燥后品质，降低粮食的损失，促进节能降耗。所以研究一种自动化程度高,烘后粮食品质好的谷物干燥机是可行的,是大势所趋,它对提高我国的谷物
5、干燥技术,提高我国粮食储备水平,提高我国粮食产品质量,增加我国粮食产品国际市场的竟争力,具有特别重要的意义。现状分析：1、国外研究现状:国外较发达国家(英美日苏法)的谷物干燥已有60多年历史,其中最具代表性的是美国和前苏联生产的谷物干燥机,日本干燥机械化水平达75%左右,美国9成以上的玉米均用机械干燥2。国外谷物干燥机一般自动化程度比较高,应用计算机进行自动监控也比较早,但国外谷物干燥机的计算机自动监控大多只局限于水份自动监控,而且造价相当高。2000年，Thyagarajan等利用模糊技术和遗传算法，研究了谷物干燥过程热介质系统智能控制问题3。2001年，美国密歇根州立大学的刘强等学者进一步
6、研究了横流式粮食干燥机的自动控制过程，在横流式粮食干燥机的控制系统里加入了模型预测控制，并建立了横流干燥过程的数学模型4。2002年，Helga Didrikson研究了循环式粮食烘干机的预测模型，建立起了一个描述干燥过程质量、能量以及动量传递的动态模型5。2003年，Dufour P等研究了粮食干燥过程数学模型预测控制方法6。2004年，Perez等国外研究专家把人工神经网络使用在了干燥模型预测控制过程中模型的建立，以此来进行干燥过程的在线控制7。2007年，Giri等研究发现与热风对流干燥相比，微波真空干燥干燥所用时间下降70%以上，谷物品质更好8。2008年，TSUNEO等发明了远红外线
7、谷物干燥设备，减少了干燥能耗，节约了能源9。2010年，Montero等人设计制造了专为农副产品进行干燥的太阳能干燥装备10。2012年，Bachjibeb等人在粮食干燥自动控制系统中，加入了微波能量供应装置11。2013年，Fujitomo等人发明了利用生物质燃烧提供能源的谷物干燥设备12。Dryer Master加拿大公司研制的粮食烘干水分自动控制系统（DM510）具有世界一流的在线产品及自动化优化处理系统13。DM510专门用于粮食烘干系统的自动化控制，它具有先进的控制系统，计算能力强，系统内控制模型在干燥过程中根据得到的实时数据，不断的对数学模型进行优化修正，能精准地控制干燥机将谷物烘
8、干到我们所预定的水分值，绝不仅是用连接线把计算机和干燥设备简单的联在一起，我们完全可以说它是烘干过程自动控制的专家系统；其烘干机的工作模型采用前馈反馈自适应的控制模式，它是烘干过程自动控制的专家系统，但价格不菲14。2、国内研究现状:20世纪90年代初期，我国学者开始研究粮食干燥过程自动控制技术方法，中国农业大学曹崇文教授对此进行了系统的科学研究。自1993年到1997年，曹崇文教授先后发表多篇学术论文论述了他在关于谷物干燥过程模糊理论控制方法中的研究成果。2002年，李长友通过多次的干燥试验，研究开发了粮食循环干燥机自动控制专家系统15。2003年，张吉礼等提出了谷物水分在线检测和模糊神经网
9、络预测控制方法，开发了谷物参数在线检测与智能预测控制系统。2003年，吉林大学学者研究了玉米变温干燥控制对玉米水分下降和玉米品质的影响规律，利用虚拟仪器、总线技术、人工神经网络等开发了玉米干燥智能控制系统，系统在北方地区进行了干燥作业应用16。2005年，吉林大学学者研究了基于主元分析、多元统计和神经网络等方法的干燥过程控制技术，进行了计算机模拟实验，能对干燥谷物的水分进行较为准确的控制17。2008年，朱航等开发了粮食干燥实时智能控制及干燥参数推理专家系统系统能实现玉米烘干过程实时智能控制功能18。2009年，胡志超等建立了粮食横流干燥数学模型及模型预测控制系统，并进行了模拟分析19。200
10、9年，陈怡群等建立了循环式粮食烘干机干燥过程的模型，并进行了模拟计算和分析20。2010年，韩峰等针对横流组合式干燥机的干燥过程开发了玉米干燥过程模拟和预测系统21。2010年，李长友等提出了一种高湿粮食集中干燥系统及其干燥方法，适合大量高湿粮食集中干燥，实现了高效节能干燥22。2012年，赵波等根据连续横流式玉米干燥机干燥特点，初步设计了玉米干燥机模型预测控制系统，实现了干燥过程的预测控制23。2013年，高振江等研制开发了“一种气体射流干燥机的自动控制系统”24。2013年，吴文福提出了基于总重在线检测粮食水分的控制系统，并应用于生产试验，取得了较好的干燥效果25。参考文献：1任广跃，张忠
11、杰等.粮食干燥技术的应用及发展趋势J.中国粮油学报，2011 (2)：124-128.2 C.LSiettos,C.T.Kiranoudis,GVBafas.Advanced control strategies for fluidized beddryersJ.Drying Technology,1999,17(10):2271-2291.3 Thyagarajan T,Panda R.C.Development of ANN model for non-linear drying processJ.Drying Technology:1997,(15): 2527-2540.4 Qiang
12、 Liu,Bakker-Arkema F.W.Automatic control of crossflow grain dryers,Part 2:Design of a model-predictive controllerJ.Journal of Agricultural Engineering Research.2001,80(2):173一181.5 Zhang Q,Lithfield J B.Knowledge representation in a grain drier fuzzy logic controller J.Agric Engng Res,1994,(57):269-
13、278.6 Dufour P, Toure Y, et al Blanc D.On nonlinear distributed parameter model predictive control strategy:on-line calculation time reduction and application to an experimental drying peocessJ.Computers and Chemical Engineering,2003,(27):1533一1542.7王海鸥，胡志超，屠康.模型预测控制及在粮食干燥过程的应用研究J.干燥技术 与设备，2008 (6)
14、: 267-272.8 Giri S K,Prasad S.Drying kinetics and rehydrationcharacteristics of microwave vacuum and connective hot-air dried mushroomsJ.Journal of Food Engineering, 2007,78: 512-521.9 Kaneko Tsuneo,Far Infrared Ray Grain Drying Device,JP, 2008107043P.2008一5一8.10 Montero I, Blanco J, Miranda T, et a
15、l. Design, construction and performance testing of a solar dryer for agroindustrial by-productsJ. Energy Conversion and Management, 2olo,sl7):lslo-1s21.11 Bachjibeb.etl，Method of Automated Control of Drying Process of Grain and Other Particulate Materials:RU,0002468321P.2012-11-27.12 Fujitomo Hirota
16、,Grain-Drying Facilities: US, 20130036624P.2013-2-14.13朱航.玉米干燥实时智能控制及工艺参数推理专家系统D.吉林大学，2008.14 15李长友，曹艳明.谷物循环干燥机控制系统硬件设计J.农业机械学报， 2003, 33 (6):86-88.16张吉礼，陆亚俊，刘辉等.谷物干燥过程参数在线检测与智能预测控制J.农业机 械学报，2003, 34 (2):50-53.17 Xiaoguang Chen, Xueqiang Liu, Wenfu Wu. Multivariate statistical process control for gr
17、ain dryingJ. The 14th International Drying Symposium(CIGR2004),2004.18 Xueqiang Liu, Xiaoguang Chen, Wenfu Wu. Process control based on principalcomponent analysis for maize dryingJ. Food Control. 2006, 17(11):894-899.19胡志超，王海鸥，谢焕雄等.谷物横流干燥数学模型及模型预测控制J.农业工程 学报，2009, 25 (4):96-102.20陈怡群，常春，胡志超等.循环式谷物干
18、燥机干燥过程的模拟计算和分析J.农业 工程学报，2009, 25 (7):255-259.21韩峰.玉米干燥过程数字模拟、控制及工艺专家系统D.吉林大学，2010.22李长友等，高湿粮食集中干燥系统及其干燥方法:201010019218P.2010-06-16.23赵波.连续横流式水稻干燥机模型预测控制系统的研究D.吉林大学，2012.24高振江等，一种气体射流冲击干燥机的自动控制系统:CN103438693AP. 2013一12一11.25吴文福等，基于总重检测的谷物循环干燥水分在线测控方法及其系统:中国， CN201310682597P.2013一12一13.三、研究方案1. 项目研究的目
19、标、内容和拟解决的关键问题目标：用智能集成温温度传感器实现对湿度的检测，将湿度信号通过传感器进行信号的采集和转换成数字信号，在运用单片机进行数据分析和处理，在进行对温度的控制实现烘干机烘干作业。内容：自动检测湿度与控制温度的种子烘干机要同时实现种子湿度的抽样检测与烘干室内的温度控制，以免破坏种子活性，设计步骤较为复杂。本文提出了系统的设计目标、功能需求和基于信号采集、转换、传输、分析一步到位的设计理念，监控中心和智能监控终端的解决方案。 简单模块图： 要求如下：1、用单片机通过编程来实现温湿度的现实与控制； 2、通过LCD来显示温湿度的数值； 3、能够实现超过值的报警； 4、检测范围与精度：温
20、度检测范围：-30+100摄氏度 精度：1摄氏度 湿度检测范围：0100%RH 精度：4.5%RH拟解决的关键问题：1.智能监控终端利用温湿度传感器对数据的采集并进行初步分析处理，还可以对温度进行实时控制。并转换成数据信号传至单片机控制模块，以便工作人员实时管理。2.设计一套 2. 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析研究方法：团队合作将项目进行模块化研究，将项目分成几个小的部分，根据小组成员各自的特点与优势，将小块项目分人逐步完成，最后统一进行合并，并对不满意的地方进行修改与升华。通过图书馆资源，网络资源，咨询学长，老师等，在与老师、学长交流研究的基础上，发散思维，勇于创新。在项
21、目进行过程中，首先完成基本功能的实现。对系统进行理论分析，确定每个模块的具体方案，然后编写程序，进行仿真，通过网络连接到已有的控制器终端，进行一步步功能调试，完成整个项目的设计要求。最后让师长指正修改，以便达到更高的水平。实验方案:提前准备好实验所需的硬件设施和实验书籍，做好前期准备工作。利用现有知识编辑程序，调试程序，并且做好必须的软件工作。沟通软件与硬件，进行初步测试。排除故障，优化设计方案。可行性分析：1.经济实用，成本低；2.便于观察，易于操作；3.适用性强，具有良好的抗干扰能力。3. 本项目的创新之处通过深入分析当前的人工检测的各种弊端，提出信号采集、转换、传输、分析一步到位的设计理
22、念，实现对种子烘干作业的智能化管理。不同于老式人工测试方法费时费力、效率低、随机性大。以单片机为核心，体积小、低功耗、操作简单、性能稳定、量程精度高。利用智能传感器，准确且随机性低。4. 预期研究成果1.研究性论文一篇。2.自主设计的能自动检测种子湿度与控制温度的烘干机一台。四、研究基础1. 与本项目有关的研究工作积累和已有的研究工作成绩1).本项目为教授的研究项目的子课题项目，我们可以在教授的带领下利用教授的研究条件，对烘干机的温度与湿度控制进行研究。2).我们都学习了高等数学、线性代数、概率统计、复变函数，对于项目研究中所采集的相关数据有足够的能力进行分析处理。3).通过对C语言，VC+课
23、程的学习，我们能够熟练运用VC+编程软件，进行一些相关程序的编写，并且都通过了计算机二级等级考试。4).15年912月学习了电路理论，能够运用相关电路理论知识对项目中涉及的电路问题进行分析处理。5).15年11月通过了电子设计实验的学习，掌握了电路元件的焊接能力，可以对项目中涉及的电路元件等硬件设备进行处理6).熟练掌握多种应用软件(word,Excel,PPT等)扶持，有良好的项目研究训练环境。导师资源:该实践创新训练计划的指导老师系南京农业大学工学院教授，其在学校开设有等课程，有着极其丰富的教学经验，而且长期致力于的研究，有相当强大的科研实力，能够对于我们的项目做出很大的指导，有效指导项目
24、的完成。团队力量:该项目共有四个成员，人员力量比较大，可以对任务进行合理分配。而且成员普遍具有较强的思维动手能力，对科研具有浓厚兴趣，更具有强烈的团队协作和吃苦耐劳的精神2.2尚缺少条件:虽考虑详尽，做出了充分的准备，可以随时投入项目研究，但是仍然存在一些不足之处:如所采集温度，湿度等信号的转换处理；电子元器件的焊接还需要进一步熟练；设计合理的电路布局2.3拟解决办法:运用相关软件进一步学习信号的分析处理，进行一些元器件的焊接练习，充分利用网络资源，随时与导师联系1. 与本项目有关的研究工作积累和已有的研究工作成绩1).本项目为李询工程师研究项目的子课题项目，我们可以在教授的带领下利用教授的研
25、究条件，对烘干机的温度与湿度控制进行研究。2).我们都学习了高等数学、线性代数、概率统计、复变函数，对于项目研究中所采集的相关数据有足够的能力进行分析处理。3).通过对C语言，VC+课程的学习，我们能够熟练运用VC+编程软件，进行一些相关程序的编写，并且都通过了计算机二级等级考试。4).15年912月学习了电路理论，能够运用相关电路理论知识对项目中涉及的电路问题进行分析处理。5).15年11月通过了电子设计实验的学习，掌握了电路元件的焊接能力，可以对项目中涉及的电路元件等硬件设备进行处理6).熟练掌握多种应用软件(word,Excel,PPT等)2. 已具备的条件、尚缺少的条件和拟解决的途径（
26、包括利用教学实验室、科研实验室和实习基地等的计划与落实情况）2.1已具备条件: 实验设备:学院有丰富的实验材料与完整齐全的实验，研究设备政策支持:学校大力支持并鼓励学生进行科研以及实践创新训练活动，而且.有专人负责组织协调，经费匹配，而且配套了相关的政策扶持，有良好的项目研究训练环境。导师资源:该实践创新训练计划的指导老师系南京农业大学工学院高级工程师，有着极其丰富的教学经验，而且长期致力于科学研究，有相当强大的科研实力，能够对于我们的项目做出很大的指导，有效指导项目的完成。团队力量:该项目共有四个成员，人员力量比较大，可以对任务进行合理分配。而且成员普遍具有较强的思维动手能力，对科研具有浓厚
27、兴趣，更具有强烈的团队协作和吃苦耐劳的精神2.2尚缺少条件:虽考虑详尽，做出了充分的准备，可以随时投入项目研究，但是仍然存在一些不足之处:如所采集温度，湿度等信号的转换处理；电子元器件的焊接还需要进一步熟练；设计合理的电路布局2.3拟解决办法:运用相关软件进一步学习信号的分析处理，进行一些元器件的焊接练习，充分利用网络资源，随时与导师联系五、经费预算支 出 科 目金 额（元）计 算 根 据 及 理 由总计注:开支范围详见校教字（2003）134号南京农业大学SRT计划项目管理办法文件的第十三条。六、审查意见指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日系部意见 负责人签名、公章： 年 月 日学院意见 负责人签名、公章： 年 月 日学校意见 负责人签名、公章： 年 月 日备注七、申请者承诺我保证上述填报内容的真实性。如果获得资助，我与本项目组成员将严格遵守学校的有关规定，在不影响课程学习的同时，保证项目研究工作的时间，并按计划认真开展研究工作，在项目研究过程中或结束时，接受学校对本项目的中期检查和结题验收，并按时提交工作总结和结题报告。 申请者（签名）：王永强 2016 年 2 月26 日
