计算机远程控制式玉米果穗干燥太阳能集热装置设计

时　磊，张晓亮，王　娜，鲍秀兰

(1.河南工业职业技术学院，河南 南阳　473000；2.焦作师范高等专科学校 计算机与信息工程学院，河南 焦作　454000；3.华中农业大学 工学院，武汉　430070)



计算机远程控制式玉米果穗干燥太阳能集热装置设计

时磊1，张晓亮2，王娜1，鲍秀兰3

(1.河南工业职业技术学院，河南 南阳473000；2.焦作师范高等专科学校 计算机与信息工程学院，河南 焦作454000；3.华中农业大学 工学院，武汉430070)

摘要：为缩短玉米果穗的干燥制种时间及降低玉米果穗的干燥成本，充分利用太阳资源，设计了一种计算机远程控制式的小型太阳能集热玉米果穗干燥装置。装置采用计算机局域网远程控制，实现了太阳能集热器干燥装置的风机风速调节，提高了玉米果穗干燥的自动化操作水平。为了实现该功能，本次研究基于 Pstools 工具包、Socket 网络通信及远程唤醒技术设计实现一个局域网计算机远程控制系统。该系统具有远程开关机和创建操作进程等管理功能，大大提高了机械化生产的管理效率。最后，对传统的干燥装置和本文设计的玉米果穗干燥装置的干燥效率进行了测试。结果表明：本设计的太阳能集热器干燥装置最快降水率达到了0.132%，最短干燥时间仅为6.1h，满足玉米果穗等农产品的贮藏、制种干燥要求，为农业现代化生产机械的研究提供了理论参考。

关键词：玉米果穗；干燥机械；远程控制；网络通信；集热器；风机

0引言

在育种干燥工艺中，世界各国对种子干燥机械的研究极为重视，正向着低耗、高效方向发展。但是，由于干燥装置往往过大，或者制造麻烦，影响了育种干燥的效果。因此，急需研究一种育种干燥机械装置。该装置可以有效提高干燥效率，具有节约能源、减少玉米果穗脱粒破碎率等特点并且可以降低生产成本；具有移动性能好，可以充分利用中国北方光照资源，且具有良好的通风系统，可以完成自动化干燥作业。

目前，计算机已广泛应用于教育、医学、军事及资源勘探等众多领域，且应用领域还在不断拓展。随着网络技术的不断仿真，局域网内的远程控制技术越来越成熟，将局域网远程控制技术应用在大面积育种干燥作业过程中，不仅可以实现育种干燥机械装置的自动化作业，而且可以大大地提高育种干燥的工作效率。因此，将育种干燥机械有效地分布在大面积作业区域，提高机械化作用的灵活性，是玉米育种干燥机械装置设计的一次创新。

1总体设计

玉米果穗干燥装置太阳能集热装置的设计主要包括干燥机械装置的设计和计算机远程控制系统设计。机械装置的设计主要是依据干燥量的大小，干燥量主要取决于玉米果穗的平铺面积和厚度；计算机远程控制系统主要采用Pstools 工具包、Socket 网络通信及远程唤醒技术，总体设计如图1所示。

图1　玉米果穗干燥装置总体设计

为了优化远程控制系统，本次研究采用的是分布式节点的网络布控。分布式网络节点不仅可以有效地降低能耗，而且可利用信号的快速传输。分布式网络节点的架构如图2所示。

为了实现分布式网络的合理规划，本文采用遗传算法对网络的布局进行优化，从而完成网络节点的选址和容量计算，其流程如图3所示。

图2　分布式网络示意图

图3　分布式网络遗传算法优化示意图

其基本过程是首先输入原始节点数据，生成初始种群，对每个个体进行优化后判断是否满足最优化条件：如果满足则输出结果；如果不满足则进行选择、交叉和变异，生成新的网络结果。

2机械结构和网络控制节点分布优化设计

2.1玉米果穗干燥太阳能集热装置机械结构设计

适用于玉米果穗分段干燥工艺的机械干燥装置结构主要由离心式风机、风机机架、玉米果穗及籽粒通风干燥系统等组成，如图4所示。

机械结构的设计主要是按照玉米堆的高度进行计算的，一般玉米堆的高度在2m左右，1袋玉米穗的质量一般为40kg左右，袋子长度按照0.65m、宽度按照0.35m、厚度按照0.25m计算。当干燥量比较小时，装置占用的面积并不大，可以按照侧卧式的系统对装置进行设计，如图5所示。

1.风机支架　2.离心式风机　3.主风管　4.物料床辅助支撑

图5　玉米穗干燥机结构示意图

玉米干燥机械的结构初步设置为长度6.5m、宽度8.5m，主要由1个主通风管和6个通风支管构成。其中，主通风管具有足够大的通风面积，能够有效地保证正常的送风，且机械可以自由移动。

离心风机将干燥的空气通过主通风管传送到玉米穗干燥系统中，干燥的空气在子分配系统中，传送到物料床的底部，在底部向上运动；干燥玉米和空气会在温度和湿度上产生很大的不同，从而可以加快玉米果穗水分的蒸发。利用红外线仪器可以测量玉米果穗的含水率，对烘干效果进行实时控制，最终得到最好的干燥效果。

玉米的干燥过程分为两步：一是将含水率在30%左右的玉米果穗降低水分到25%，然后将干燥后的果穗在干燥系统上进行第2步操作，然后在自卸平台上进行脱粒操作；将清选后的玉米籽粒再进行干燥，将其水分降低到15%左右时，停止干燥，进行装袋，最后存储。

玉米果穗通风干燥系统中设计有可自卸平置式物料床,如图6所示。将玉米果穗和籽粒进行装袋后，将其摆放在物料床的顶部，物料床的设计尺寸和干燥空气系统的占地面积基本相同。在物料床上安装了铰接结构的主要支撑，共3组，分布在物料床长度的1/3处。在可自卸物料床上还装有辅助支撑装置，该装置可以在物料床平面内进行选择运动，在限位销的作用下，实现了玉米果穗和籽粒的自动装载与卸货。由图6可以看出：通常两物料床左、右端部与系统主风管相搭接,在主要支撑构件和辅助支撑构件作用下，当系统处于水平状态时开始进行干燥；当干燥完成时，将辅助支撑进行旋转，从而卸载了支撑结构，物流床开始向一面进行倾斜，最后玉米的果穗和籽粒都滑落到了车内，自动卸载过程完成。

1.袋装玉米果穗　2.主风管　3.物料床d　4.袋装玉米籽粒

2.2计算机远程控制局域网分布式结构优化

本文通过网卡实现远程控制功能，首先将以字符形式表示的Mac地址转换后存储到byte型数组，数组各元素的值分别为 0x00、0x17、0x31、0x1C、0x93 和0x0F。将构建好的 Packet 数据包发送给相应的计算机主板，即可完成远程控制的操作，其中数据包内容如图7所示。

图7　Packet 数据包内容

为了优化配置计算机远程控制的局域网络，本次研究分布式网络节点对局域网进行规划，并采用遗传算法对局域网的辐射分布情况进行优化设计。为了实现局域网络的优化配置，采用遗传算法对分布式节点进行优化，其基本过程如下：

1)计算待规划局域网新增数据的总容量，从而确定分布式节点的最大接入总量；

2)随机生成一个初始群体；

3)对该群体中的所有个体进行校验，如果所有的染色体对应的方案中，各分布式节点的数据容量均小于或者等于相应的数据容量，且总接入容量不大于步骤1)确定的结果，则该群体作为分布式节点的初始解，算法停止；

4)如果初始群体中存在不符合要求的染色体，则需要重新选择，并进行交叉变异操作，将不符合的染色体替换掉，直到所有的染色体都符合要求。

3玉米果穗干燥太阳能集热装置测试

为了验证本文涉及的计算机远程控制式玉米果穗干燥太阳能集热装置的有效性和可靠性，本文使用局域网络架构了集热装置的远程控制系统。其中，系统的功能主要包括远程关机和重启、创建和结束进程，这些功能都是基于Pstools工具包开发的，系统的灵活性较好，用户可以进行不同的参数设置，本次研究使用的主要执行参数如表1所示。

表1　各应用程序执行参数

本次研究主要通过对进程的设置，可以读取和显示温度传感器的温度数据，根据传感器温度来调整风机的转速，加速玉米穗的干燥过程。

图8表示通过计算机远程控制调试，得到的温度变化随风机转速控制的曲线。采用遗传算法对控制节点进行辐射状分布优化后，可以成功地实现风机转速的合理调控。由图8可以看出：当温度逐渐升高时，风机可以有效地将转速提高。这是由于当温度升高时，干燥的效率会逐渐增大，装置内越来越多的湿气需要被带走，因此需要提高风机的转速。

图8　随温度变化风机转速控制曲线

选用玉米种植主导品种金穗4号进行试验。选择含水量大约为30%(湿基)的玉米果穗进行干燥试验，试验过程中，保持玉米果穗干燥系统的热风温度在40～50℃之间，保持热风的通入速度为0.5m/s。试验时，使用玉米果穗太阳能集热机械，并采用多次干燥的方法对玉米果穗和籽粒进行反复干燥。

试验对两种不同的干燥功率进行了对比，对干燥过程不同籽粒的降水率和干燥时间进行了测试，结果如表2所示。

表2　降水效率结果对比

由表2可以看出：通过8测干燥测试，使用本文的干燥装置的干燥效率明显偏高，从而验证了装置的有效性和可靠性。

由表3可以看出：玉米种子收获后在同等条件下，使用传统的干燥装置最低需要11.2h，而使用本文设计的玉米穗干燥装置最低仅需要6.1h，干燥效率有了明显的提高，大大降低了干燥所需时间，提高了玉米种子的育种质量。

表3　联合收获机协同控制籽粒损失对比

通过对不同机械干燥装置采用相同的试验方法进行计算发现，采用本文的设计方法可以大大地降低干燥成本。本文设计的玉米干燥集热机械装置玉米果穗干燥除了上料、脱粒、精选、备载费用与果穗传统干燥机械基本相同外,其它如耗电、烘干等方面的费用明显降低。1t种子平均降水2%总成本节省2.22元,成本节省0.02元/kg,节省费用约39.8%。

4结论

1)为缩短玉米果穗的干燥贮藏、制种时间及相应干燥成本，充分利用无限的太阳能资源，开发了一种计算机远程控制式的玉米果穗干燥机械装置。通过测试发现：该装置性能稳定，可以有效地提高干燥作业效率。

2)测试结果表明，本文设计的计算机远程控制式的玉米果穗干燥装置，最快降水率达到了0.132%，最短干燥时间仅为6.1h，满足玉米果穗等农产品的贮藏及制种干燥要求。

3)本设计的玉米果穗太阳能集热装置虽然能够满足系统设计需要，但是仍然需要进一步优化设计，解决太阳能集热器余热问题。同时，需要进一步开发自动化系统，实现玉米果穗干燥的大面积作业，进一步提高玉米果穗的干燥效率。

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Design for Solar Heat Collection of Corn Drying Device Based on Computer Remote Control

Shi Lei1,Zhang Xiaoliang2,Wang Na1,Bao Xiulan3

(1.Henan Polytechnic Institute, Nanyang 473000,China; 2.School of Computer and Information Engineering,Jiaozuo Teachers College,Jiaozuo 454000, China; 3.College of Engineering,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)

Abstract：In order to shorten the time for drying seed corn ear, reducing the cost of drying corn ear, the full use of resources, the design of a small solar a computer remote control type heat collecting corn ear drying device. The remote control device of computer local area network, the fan speed solar drying device for heat regulation, improve the level of automation of the corn ear drying. In order to realize the function, the study is based on the realization of a LAN of computer remote control system design Pstools kit, Socket network communication and remote wake-up, the system has a remote switch machine and create operation process management function, can greatly improve the production management efficiency. The drying efficiency and finally to the traditional drying device and the design of the corn ear drying device for testing, found that the design of the corn ear solar drying device for heat faster precipitation rate reached 0.132% by the test, the shortest drying time is only 6.1 hours, corn and other agricultural products to meet the requirements of the storage, seed drying, to provide a theoretical reference for the research of agricultural modernization of production machinery.

Key words：corn drying machine; remote control; network communication; collector; fan

文章编号：1003-188X(2016)03-0254-05

中图分类号：S226.6

文献标识码：A

作者简介：时磊(1980-),男，河南南阳人，讲师，硕士。通讯作者：王娜(1980-),女，河南焦作人，讲师，硕士，(E-mail)wangna0377@163.com。

基金项目：湖北省自然科学基金项目(2014CFB322)

收稿日期：2015-04-09