0、引 言
通常各种作物种子收获时含水率较高，如果由于天气的原因或其它条件的限制，不能及时去除其中的水分，就会使种子发热变质，或因遭受冻害而丧失发芽能力。因此对种子进行及时的脱水干燥非常必要。近年来，国家对农业的种子产业化工程十分重视，在种子的产业化生产过程中，种子的加工是重要环节，而干燥是种子加工过程中的关键。研究表明：种子耐藏性的关键因子是种子含水率和贮藏温度，种子经过合理的干燥工艺干燥后，对贮藏温度的要求降低，使种子的贮藏费用降低，种子的寿命得到延长，种子的耐旱性能得到提高。目前国内外对谷物类作物的干燥工艺和设备进行了较多研究。但对采用间歇式工作方式的滚筒式作物种子干燥机及相应的控制装置未见报道。连正国、关植基等对种子干燥工艺及种子干燥机的参数进行了研究。应义斌、寿明耀对连续式滚筒式干燥机用于谷物干燥时，谷物在滚筒中停留时间和接触时间进行了研究。种子是活的有机体，干后种子仍然具有旺盛的生命力是种子干燥作业的基本要求。由于各种种子的颗粒大小、结构、组成成分不一样，对干燥工艺过程和工艺参数的要求不同，为满足种子干燥的要求，必须对种子干燥的工艺过程和参数进行精密、严格的控制。因此对种子干燥机控制装置提出了较高要求。根据实际需要和莱阳农学院农学系旱作技术省级重点实验室的要求，研制了一台作物种子干燥机。在作物种子干燥机中采用以单片机为核心的控制装置实现对干燥过程的自动控制。
1、滚筒式作物种子干燥机的结构及工作原理
滚筒式作物种子干燥机实物照片如图1所示，结构简图如图2所示。滚筒两端呈锥状并留有圆形孔。圆孔1作为装料和卸料口及干燥过程中的出风口，圆孔2作为热风输入口。电热元件和风机安装在一个直径较小的圆筒中，装有发热元件和风机的圆筒插入到滚筒的圆孔2约3cm，在滚筒的圆孔2的内部安装一圆型不锈钢网罩，防止滚筒回转时作物种子洒落进装有发热元件和风机的圆筒，同时又保证热风能吹进滚筒。工作时滚筒回转，但装有发热元件和风机的圆筒不旋转。滚筒外侧正中安装有圆环型齿圈，与滚筒焊为一体，它被小齿轮驱动用于带动滚筒回转。在滚筒外侧的两端安装有钢圈，用作滚筒回转的轨道。在滚筒内壁镶有纵向抄板。当滚筒回转时，滚筒底部的种子被抄板抄起，随着滚筒的回转，抄板中的种子渐渐均匀撒落。处于均匀撒落状态的种子受到远红外线的辐射和热风的吹拂，使种子中的水分被蒸发出来。
2、滚筒式作物种子干燥机控制装置的作用及工作过程
热风温度、风速及干燥时间是影响种子干燥效果及种子干燥质量的主要因素。控制装置的控制对象是远红外加热器和风机，通过电加热器调节热风温度，通过风机调节风速。种子干燥过程的不同阶段中对干燥温度、干燥风速有不同的要求，不同种子初始含水率不同、结构不同、适宜的干燥速度不同，干燥过程中含水率的变化规律不同，因此要求的干燥时间、干燥温度、干燥风速以及三者的配合关系不同，为了达到良好的干燥效果和使干燥机的工作效率较高，要求控制装置能对干燥时间、干燥风速、干燥温度进行设定和自动控制，因此必须采用智能化的控制装置。种子干燥过程中必须保证种子的安全，不允许出现超温现象，为此必须设置特殊的温度控制算法，以保证种子的安全。以单片机为核心的干燥机控制装置可以灵活设置干燥时间、温度、风速、并能实现对温度、风速、时间的自动控制，是实现干燥机高性能控制的较佳选择。在干燥前，首先进行干燥过程的设置，确定干燥过程分为几段及每段的时间、温度、风速，然后按运行键系统开始运行，运行中系统对运行的段次、时间、温度、风速进行自动控制，干燥过程结束后自动停机并发出声光信号。
3、滚筒式作物种子干燥机控制装置硬件电路
参考有关文献，设计了作物种子干燥机的以单片机为核心的控制装置，电路框图如图3所示。以8031单片机作为控制电路的核心组成控制系统。单片机通过热敏电阻温度传感器检测干燥空气温度，通过输出端口Pl.0控制双向可控硅的通断时间改变电热器的发热功率，实现温度的反馈控制；D/A转换器输出模拟电压到双向可控硅触发控制电路，改变风速控制单元的数字量就可改变D/A转换器的输出电压，从而控制可控硅的导通角，改变风机电压，实现风机的调压调速。当工频交流电由正变负过零点时，产生外部中断信号，单片机响应中断进入中断服务程序，在该程序中完成工频电周期数计数及控制周期数和导通周期数控制。
3.1温度检测部分
该部分包括度传感器、变送器.A/D转换器。选用集成测温元件AD590作为温度传感器，其温度范围一55 C～+150℃，满量程最大温漂△T≤0.1℃。变送器将温度变化转换成0～5V的电压信号。采用12位的AlD转换器AD574将电压信号转化成数字量。当温度在0～99.9℃之间时，调节变送器使A/D转换结果为OOH～3E7H(0～99.9)使温度控制精度少于±0.3℃。
3.2加热器控制部分
通过输出端口Pl.0控制双向可控硅的通断时间改变电热器的发热功率，实现温度的反馈控制；系统的加热元件采用管状远红外辐射元件，采用双向可控硅对其进行开关控制。为了不出现超温现象，由单片机控制使加热器从低功率开始逐步增加功率，发热功率的增加速度低于加热系统的热惯性。温度传感器检测热空气的温度，控制系统根据设定温度和实测温度的比较结果，使双向可控硅在下一个控制周期内的导通的时间增加一个周波或减少一个周波。当发热元件处于发热状态时，其热惯性较少。实验测得在环境为热稳定状态下，当热元件通入电流5s后，就可使空气温度发生变化，因此系统设定控制周期为5s。
3.3工频正弦交流电周波数、过零检测电路
为了实现双向可控硅导通周波数控制，及总控制周期的控制，需要获得电网电压周波数信号。该部分电路由降压变压器、整流二极管、稳压管、光电耦合器、与非门等器件组成。当工频电压由正变负过零点时，8031的外部中断INT1获得一个负跳变的有效中断请求信号。8031执行中断转入中断服务程序，使周波数计数单元加1。
3.4风机控制电路
采用额定电压为220V的单相风机，通过改变双向可控硅的导通角实现风机的调压调速，可控硅的导通角受单片机D/A转换器0832输出电压控制。
3.5其它电路部分
采用3位数码管进行温度显示。8031将采集到的温度值送入8279的显示RAM，由8279送入数码管显示。系统采用薄膜开关作为输入装置，作为声音报警输出端。作为交流接触器断电控制端，作为交流接触器状态信号输入端。当发生意外情况时，如可控硅击穿失控，使热风温度超过设定温度2℃时，输出信号，发出音响报警。变为高电平，使交流接触器释放，切断交流电源。通常在种子干燥时，其设定温度远低于使种子损坏的温度。因此超过设定温度2℃不会造成种子的损坏。
4、滚筒式作物种子干燥机控制装置软件设计
4.1系统主程序
当系统通电时，单片机系统被加电，主程序开始运行。系统对有关单元初始化后等待按键输入。若为参数设定键按下，则转参数设定程序，参数设定完成后返回主程序。若为运行键，则转系统运行程序，干燥过程结束后转主程序。
4.2 参数设定程序
系统干燥运行前首先通过键盘设定干燥过程的控制段数及每个控制段的时间长度、控制温度、风速，系统参数设定完成后返回主程序。
4.3系统运行控制程序
控制程序流程图如图4所示。系统设定完成后，按运行键系统开始干燥运行。系统首先将有关单元数据初始化，检测串联于双向可控硅前的交流接触器是否接通，当检测到交流接触器接通时，单片机输出信号使可控硅以初始设定的周波数导通，使电加热器以较少的功率发热，根据设定的风速要求进行D/A转换，输出模拟电压，控制风机按要求的风速工作。然后开中断、读出设定温度，采样实际温度，根据采样值与设定值的比较，使导通周波数计数单元加1或减1。系统检测己导通周波数计数单元和已经过周波数计数单元，当导通周波数达到设定的周波数时，关断双向可控硅，继续检测已经过导通周波数计数单元，当己导通周波数等于控制周期数时，开始下一个控制周期，然后检测干燥工作的段次及时间，读出该段次和时间的风速控制单元值，进行D/A转换，控制风机工作。在工频交流电由正到负的过零点产生外部中断，转中断服务程序中，在中断服务程序中将己导通周波数和己通过周波数计数单元分别加1。在运行中系统记录系统运行的段数及本段的运行时间，检测干燥空气温度，与本段要求的干燥空气温度及要求的本段运行时间比较，根据比较结果发出控制指令，使系统按预定的时间、温度、风速运行。
5、滚筒式作物种子干燥机作物种子的装卸
由于滚筒内抄板的影响，采用通常的方法卸下种子很费力，也不容易卸干净，为此采用倾倒的方法卸下种子。滚筒式结构内部光滑，无缝隙，无死角，当需要卸下种子时，按下卸料按钮，在电动机的驱动下，滚筒倾斜，滚筒内的种子从左端口滑落流出。在机体安装有限位行程开关，当机体倾斜到一定程度时倾倒电机自动断电，保证了卸料安全。
6、滚筒式作物种子干燥机的试验
对所研制的滚筒式作物种子干燥机进行了性能试验。试验材料分别是100 kg湿态玉米和95 kg湿态小麦。玉米和小麦均采用三段式干燥，各段的参数设置如表1所示。干燥进行前和完成后进行了参数检测，种子湿度检测采用LSKC-4粮食水分快速测定仪。测量时随机选出20颗种子测量其含水率，然后求取其含水率平均值和含水率标准差。随机选取100颗种子进行发芽率试验，发芽率为100%。随机选出100颗种子观察种子的裂纹数，由于干燥温度较低，没有发现有裂纹的种子。
7、结 论
所研制的作物种子干燥机己投入使用2年多，使用结果表明具有以下特点：1）由于采用滚筒结构和单片机控制装置，使其适应性较广，能适应大部分作物种子干燥的要求。2）由于干燥机与种子接触的部分光滑、密封，使种子不会撒落到不易清扫的地方，采用倾倒卸料，种子干燥完成后能方便、容易、干净彻底的把种子倒出，保证不同品种的种子之间不会出现串种、混种现象。3）其中的单片机控制装置可实现对干燥时间、干燥风速、干燥温度进行设定和自动控制，使作物种子干燥机具有良好的干燥性能。使用表明：所设计的单片机控制装置能灵活进行干燥过程的设定，满足不同种子的干燥要求，由于采用导通周波数控制，从较低的温度升温至设定温度，升温速度低于系统的热惯性，系统不会出现超温现象，且使温度控制精度较高，超温保护电路设计合理，在系统出现故障时能及时可靠的切断电源，保证了种子的安全干燥。系统采用单相风机调压调速，调速范围大，控制风机转速方便简单。
通常各种作物种子收获时含水率较高，如果由于天气的原因或其它条件的限制，不能及时去除其中的水分，就会使种子发热变质，或因遭受冻害而丧失发芽能力。因此对种子进行及时的脱水干燥非常必要。近年来，国家对农业的种子产业化工程十分重视，在种子的产业化生产过程中，种子的加工是重要环节，而干燥是种子加工过程中的关键。研究表明：种子耐藏性的关键因子是种子含水率和贮藏温度，种子经过合理的干燥工艺干燥后，对贮藏温度的要求降低，使种子的贮藏费用降低，种子的寿命得到延长，种子的耐旱性能得到提高。目前国内外对谷物类作物的干燥工艺和设备进行了较多研究。但对采用间歇式工作方式的滚筒式作物种子干燥机及相应的控制装置未见报道。连正国、关植基等对种子干燥工艺及种子干燥机的参数进行了研究。应义斌、寿明耀对连续式滚筒式干燥机用于谷物干燥时，谷物在滚筒中停留时间和接触时间进行了研究。种子是活的有机体，干后种子仍然具有旺盛的生命力是种子干燥作业的基本要求。由于各种种子的颗粒大小、结构、组成成分不一样，对干燥工艺过程和工艺参数的要求不同，为满足种子干燥的要求，必须对种子干燥的工艺过程和参数进行精密、严格的控制。因此对种子干燥机控制装置提出了较高要求。根据实际需要和莱阳农学院农学系旱作技术省级重点实验室的要求，研制了一台作物种子干燥机。在作物种子干燥机中采用以单片机为核心的控制装置实现对干燥过程的自动控制。
1、滚筒式作物种子干燥机的结构及工作原理
滚筒式作物种子干燥机实物照片如图1所示，结构简图如图2所示。滚筒两端呈锥状并留有圆形孔。圆孔1作为装料和卸料口及干燥过程中的出风口，圆孔2作为热风输入口。电热元件和风机安装在一个直径较小的圆筒中，装有发热元件和风机的圆筒插入到滚筒的圆孔2约3cm，在滚筒的圆孔2的内部安装一圆型不锈钢网罩，防止滚筒回转时作物种子洒落进装有发热元件和风机的圆筒，同时又保证热风能吹进滚筒。工作时滚筒回转，但装有发热元件和风机的圆筒不旋转。滚筒外侧正中安装有圆环型齿圈，与滚筒焊为一体，它被小齿轮驱动用于带动滚筒回转。在滚筒外侧的两端安装有钢圈，用作滚筒回转的轨道。在滚筒内壁镶有纵向抄板。当滚筒回转时，滚筒底部的种子被抄板抄起，随着滚筒的回转，抄板中的种子渐渐均匀撒落。处于均匀撒落状态的种子受到远红外线的辐射和热风的吹拂，使种子中的水分被蒸发出来。
2、滚筒式作物种子干燥机控制装置的作用及工作过程
热风温度、风速及干燥时间是影响种子干燥效果及种子干燥质量的主要因素。控制装置的控制对象是远红外加热器和风机，通过电加热器调节热风温度，通过风机调节风速。种子干燥过程的不同阶段中对干燥温度、干燥风速有不同的要求，不同种子初始含水率不同、结构不同、适宜的干燥速度不同，干燥过程中含水率的变化规律不同，因此要求的干燥时间、干燥温度、干燥风速以及三者的配合关系不同，为了达到良好的干燥效果和使干燥机的工作效率较高，要求控制装置能对干燥时间、干燥风速、干燥温度进行设定和自动控制，因此必须采用智能化的控制装置。种子干燥过程中必须保证种子的安全，不允许出现超温现象，为此必须设置特殊的温度控制算法，以保证种子的安全。以单片机为核心的干燥机控制装置可以灵活设置干燥时间、温度、风速、并能实现对温度、风速、时间的自动控制，是实现干燥机高性能控制的较佳选择。在干燥前，首先进行干燥过程的设置，确定干燥过程分为几段及每段的时间、温度、风速，然后按运行键系统开始运行，运行中系统对运行的段次、时间、温度、风速进行自动控制，干燥过程结束后自动停机并发出声光信号。
3、滚筒式作物种子干燥机控制装置硬件电路
参考有关文献，设计了作物种子干燥机的以单片机为核心的控制装置，电路框图如图3所示。以8031单片机作为控制电路的核心组成控制系统。单片机通过热敏电阻温度传感器检测干燥空气温度，通过输出端口Pl.0控制双向可控硅的通断时间改变电热器的发热功率，实现温度的反馈控制；D/A转换器输出模拟电压到双向可控硅触发控制电路，改变风速控制单元的数字量就可改变D/A转换器的输出电压，从而控制可控硅的导通角，改变风机电压，实现风机的调压调速。当工频交流电由正变负过零点时，产生外部中断信号，单片机响应中断进入中断服务程序，在该程序中完成工频电周期数计数及控制周期数和导通周期数控制。
3.1温度检测部分
该部分包括度传感器、变送器.A/D转换器。选用集成测温元件AD590作为温度传感器，其温度范围一55 C～+150℃，满量程最大温漂△T≤0.1℃。变送器将温度变化转换成0～5V的电压信号。采用12位的AlD转换器AD574将电压信号转化成数字量。当温度在0～99.9℃之间时，调节变送器使A/D转换结果为OOH～3E7H(0～99.9)使温度控制精度少于±0.3℃。
3.2加热器控制部分
通过输出端口Pl.0控制双向可控硅的通断时间改变电热器的发热功率，实现温度的反馈控制；系统的加热元件采用管状远红外辐射元件，采用双向可控硅对其进行开关控制。为了不出现超温现象，由单片机控制使加热器从低功率开始逐步增加功率，发热功率的增加速度低于加热系统的热惯性。温度传感器检测热空气的温度，控制系统根据设定温度和实测温度的比较结果，使双向可控硅在下一个控制周期内的导通的时间增加一个周波或减少一个周波。当发热元件处于发热状态时，其热惯性较少。实验测得在环境为热稳定状态下，当热元件通入电流5s后，就可使空气温度发生变化，因此系统设定控制周期为5s。
3.3工频正弦交流电周波数、过零检测电路
为了实现双向可控硅导通周波数控制，及总控制周期的控制，需要获得电网电压周波数信号。该部分电路由降压变压器、整流二极管、稳压管、光电耦合器、与非门等器件组成。当工频电压由正变负过零点时，8031的外部中断INT1获得一个负跳变的有效中断请求信号。8031执行中断转入中断服务程序，使周波数计数单元加1。
3.4风机控制电路
采用额定电压为220V的单相风机，通过改变双向可控硅的导通角实现风机的调压调速，可控硅的导通角受单片机D/A转换器0832输出电压控制。
3.5其它电路部分
采用3位数码管进行温度显示。8031将采集到的温度值送入8279的显示RAM，由8279送入数码管显示。系统采用薄膜开关作为输入装置，作为声音报警输出端。作为交流接触器断电控制端，作为交流接触器状态信号输入端。当发生意外情况时，如可控硅击穿失控，使热风温度超过设定温度2℃时，输出信号，发出音响报警。变为高电平，使交流接触器释放，切断交流电源。通常在种子干燥时，其设定温度远低于使种子损坏的温度。因此超过设定温度2℃不会造成种子的损坏。
4、滚筒式作物种子干燥机控制装置软件设计
4.1系统主程序
当系统通电时，单片机系统被加电，主程序开始运行。系统对有关单元初始化后等待按键输入。若为参数设定键按下，则转参数设定程序，参数设定完成后返回主程序。若为运行键，则转系统运行程序，干燥过程结束后转主程序。
4.2 参数设定程序
系统干燥运行前首先通过键盘设定干燥过程的控制段数及每个控制段的时间长度、控制温度、风速，系统参数设定完成后返回主程序。
4.3系统运行控制程序
控制程序流程图如图4所示。系统设定完成后，按运行键系统开始干燥运行。系统首先将有关单元数据初始化，检测串联于双向可控硅前的交流接触器是否接通，当检测到交流接触器接通时，单片机输出信号使可控硅以初始设定的周波数导通，使电加热器以较少的功率发热，根据设定的风速要求进行D/A转换，输出模拟电压，控制风机按要求的风速工作。然后开中断、读出设定温度，采样实际温度，根据采样值与设定值的比较，使导通周波数计数单元加1或减1。系统检测己导通周波数计数单元和已经过周波数计数单元，当导通周波数达到设定的周波数时，关断双向可控硅，继续检测已经过导通周波数计数单元，当己导通周波数等于控制周期数时，开始下一个控制周期，然后检测干燥工作的段次及时间，读出该段次和时间的风速控制单元值，进行D/A转换，控制风机工作。在工频交流电由正到负的过零点产生外部中断，转中断服务程序中，在中断服务程序中将己导通周波数和己通过周波数计数单元分别加1。在运行中系统记录系统运行的段数及本段的运行时间，检测干燥空气温度，与本段要求的干燥空气温度及要求的本段运行时间比较，根据比较结果发出控制指令，使系统按预定的时间、温度、风速运行。
5、滚筒式作物种子干燥机作物种子的装卸
由于滚筒内抄板的影响，采用通常的方法卸下种子很费力，也不容易卸干净，为此采用倾倒的方法卸下种子。滚筒式结构内部光滑，无缝隙，无死角，当需要卸下种子时，按下卸料按钮，在电动机的驱动下，滚筒倾斜，滚筒内的种子从左端口滑落流出。在机体安装有限位行程开关，当机体倾斜到一定程度时倾倒电机自动断电，保证了卸料安全。
6、滚筒式作物种子干燥机的试验
对所研制的滚筒式作物种子干燥机进行了性能试验。试验材料分别是100 kg湿态玉米和95 kg湿态小麦。玉米和小麦均采用三段式干燥，各段的参数设置如表1所示。干燥进行前和完成后进行了参数检测，种子湿度检测采用LSKC-4粮食水分快速测定仪。测量时随机选出20颗种子测量其含水率，然后求取其含水率平均值和含水率标准差。随机选取100颗种子进行发芽率试验，发芽率为100%。随机选出100颗种子观察种子的裂纹数，由于干燥温度较低，没有发现有裂纹的种子。
7、结 论
所研制的作物种子干燥机己投入使用2年多，使用结果表明具有以下特点：1）由于采用滚筒结构和单片机控制装置，使其适应性较广，能适应大部分作物种子干燥的要求。2）由于干燥机与种子接触的部分光滑、密封，使种子不会撒落到不易清扫的地方，采用倾倒卸料，种子干燥完成后能方便、容易、干净彻底的把种子倒出，保证不同品种的种子之间不会出现串种、混种现象。3）其中的单片机控制装置可实现对干燥时间、干燥风速、干燥温度进行设定和自动控制，使作物种子干燥机具有良好的干燥性能。使用表明：所设计的单片机控制装置能灵活进行干燥过程的设定，满足不同种子的干燥要求，由于采用导通周波数控制，从较低的温度升温至设定温度，升温速度低于系统的热惯性，系统不会出现超温现象，且使温度控制精度较高，超温保护电路设计合理，在系统出现故障时能及时可靠的切断电源，保证了种子的安全干燥。系统采用单相风机调压调速，调速范围大，控制风机转速方便简单。
