3.2 PID控制的應用

　　太陽能干燥設備運行時的系統參數無法通過有效的測量手段來獲得，從而無法建立精確的數學模型。因此，系統控制器的結構和參數必須依靠工程經驗和現場調試來確定。在綜合考慮多種控制理論可行性并參照工程實踐的基礎上，嵌入式太陽能干燥實時監測和控制系統選用數字PID控制技術來實現干燥室的恒溫控制。

　　嵌入式處理器以上位機設定干燥溫度作為系統控制目標量，以干燥室內實時溫度作為輸入量調用PID算法。PID 輸出量作為變頻器工作頻率對鼓風機轉速進行實時調節，從而實時增減送入熱風量以完成對干燥室的恒溫控制。

　　考慮到溫度調節的特性要求，本系統采用PI 控制。即先根據被控對象的特性和一般慣例確定比例系數和積分系數的整定范圍，再通過手動調節鼓風機轉速記錄干燥室內溫度變化曲線并進行分析，最終確定PID算法中比例系數為0.4，積分系數為6.

　　3.3 上位機軟件設計

　　本系統采用北京亞控公司的組態王軟件完成對上位機監測和控制界面的設計。上位機軟件實現對干燥室內溫濕度等參數的實時顯示以及恒溫干燥溫度、濕度上限的設定，設計選用Access2010數據庫作為記錄的數據庫，便于數據的保存與分析。

　　應用組態王軟件新建一個太陽能干燥監測和控制系統，選用單片機通信協議并通過RS 485 接口實現與嵌入式處理器的通信。上位機軟件界面采取分區設計，界面由顯示區和操作區構成。顯示區包括溫濕度、轉速、排氣扇狀態的實時顯示以及溫濕度變化趨勢圖。操作區可實現對恒溫干燥溫度和濕度上限的人工設定。

　　上位機軟件界面如圖7所示。

　　4 運行測試結果與分析

　　目前本文設計的嵌入式太陽能干燥實時監測和控制系統已經在某農場的牧草干燥作業中順利運行了6個多月的時間。在前期的干燥作業中，在通過設置不同的溫濕度條件并對系統采集到的溫濕度數據以及對干燥物料品質進行分析研究的基礎上，確定最佳的干燥溫度與濕度上限以供后期規模化干燥作業參考。在系統實際運行過程中，干燥室內實際溫度值與設定值間的誤差能夠保持在0.5 ℃以內，較為理想。使用本系統進行干燥的牧草在干燥過程中為最佳溫濕度條件的恒溫適濕干燥，芳香性氨基酸以及蛋白質保存較好，因此干燥后的牧草適口性好、家畜的消化能攝入量高，即牧草的干燥品質較好，且單位耗電量僅為0.15 kW·h/kg.表1是系統在2013年6月7日干燥作業中采集到的部分數據，系統設定干燥溫度為51 ℃，設定濕度上限為48%.

　　5 結語

　　本文詳細介紹了基于STM32和FreeRTOS的嵌入式太陽能干燥實時監測和控制系統的設計方案。方案采用具有Contex-M3內核的STM32嵌入式微處理器，使系統小型化，且便于提高性能以及與各種外設連接擴展。將嵌入式實時操作系統FreeRTOS移植到STM32，使系統運行更加穩定，具有高實時性、抗干擾能力強等特點。系統整體造價較為低廉，宜于推廣使用，且經實際生產應用驗證：采用本嵌入式太陽能干燥實時監測和控制系統的干燥設備更加節能高效，干燥物料的品質也有所提高。