基于ARM的红枣烘烤自动控制系统设计

总结了好多个理论、半理论和经验模型，用于描述干燥过程中物料水分比随时间的变化规律。本实验选择了6个常用的薄层干燥数学模型进行红枣的热风干燥动力学研究，如表1所示[8⁃13]。

表1 常用的薄层干燥数学模型

为了建立红枣的热风干燥模型，分别对上述试验数据进行分析和处理，估出ln （MR）-t及-ln（-ln MR）-t曲线，如图3、图4所示。由曲线图可以看出，红枣热风干燥过程中，在不同温度和风速下，试验数据在，说明红枣热风干燥过程可以使用Page模型进行描述。

根据在各种干燥条件下所得到的水分比[MR]与时间t的试验数据，可以看出，干燥常数K和n均为干燥条件（干燥温度T、热风速度v）的函数，利用最小二乘法（用 SAS 软件的非线性回归分析方法）进行拟合确定该薄层干燥数学模型的参数值，可以得出K与t和v以及n与t和v的关系式。从而可以得到陕北红枣热风干燥的数学模型为：

[MR=exp（-ktn）] （4）

[n=0.857 9-0.020 1T+0.013 2v- 0.002 5Tv+0.000 19v2] （5）

[K=exp（-6.147 4-0.146T-0.001 8T2+ 0.006 2Tv-0.085 5v）] （6）

式中：T为干燥温度，单位为℃；v为风速，单位为m/s。

图3 不同干燥温度下的拟合曲线

图4 不同风速下的拟合曲线

2 红枣烘烤自动控制系统设计

整个控制系统由中心控制单元、温度采集单元、湿度采集单元、温度控制调节单元及湿度控制调节单元组成。其中控制中心通过温度采集单元及湿度采集单元获取实时数据，经过软件判断后进行处理，若温湿度在允许范围内，则干燥过程继续进行，否则，通过温度控制调节单元及湿度控制调节单元进行相应的调节，发送相应的指令给风机或者排湿风扇，进行温湿度的调节。其中中心控制模块由三星公司的S3C2440微控制器担任，该控制器基于ARM平台。

3 系统测试

为了对系统进行实际生产中的验证，在陕西榆林光大枣业有限公司进行了现场实验，根据上述实验得出的结果，设定的实验条件为：在热风速度为1.0 m/s的条件下，分别采用干燥温度为50 ℃，60 ℃，70 ℃，在红枣烘干机中分批次（一次1 000 kg），进行干燥实验，每组实验进行3次，每次实验加热至预测时间时停止，同时测定红枣的MR三次平行实验的平均值，与使用模型得到的预期值做比较，试验方案如表2所示。

表2 现场试验安排表

试验结果如表3所示所示。

表3 红枣干燥现场试验结果

通过实际实验值与模型的预测值（MR）的比较发现，将该模型应用到实际生产环境条件下，完全可以满足产品最终含水量控制的需要，验证了该模型的可用性。

4 结 论

陕北红枣热风干燥模型可以用Page方程来描述，方程中的K和n受干燥温度、风速的共同影响。经工厂加工现场验证，该控制系统可以用于实际的生产过程，进行红枣干燥最终产品的含水量控制，从而提高干燥产品的品质，并优化干燥生产工艺。

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