粮食低温储藏太阳能制冷系统研究

【摘要】：全球人口的增长和气候的变暖使得粮食短缺问题日益突出，各国都在探索如何去实现提高粮食产量和保障粮食的安全储藏。粮食低温储藏是降低粮食损耗、确保粮食安全行之有效的方法。目前低温储粮大多采用机械制冷，但是其耗能大、运行费用高，采用太阳能进行制冷具有无污染、运行费用低等优点，因而成为低温储粮的一个新途径。 本文对粮食低温储藏太阳能制冷系统进行研究。研究了仓内粮堆温度变化规律。以立筒仓为例，建立粮堆的导热方程及其导热边界条件和初始条件，利用MATLAB的PDE工具箱对粮堆导热问题求解，得出立筒仓内粮温的分布直观图，研究粮仓内粮温的分布规律。再根据粮堆温度变化情况计算粮仓降温所需的制冷量，特别是针对受外界温度变化影响较大的粮仓上部空间，计算低温储粮所需制冷量，确定了基于太阳能的低温储粮制冷方案；根据系统制冷量确定太阳能电池的总功率，对太阳能电池板的数目进行匹配计算；根据半导体制冷片的效率，计算电子制冷片的数目，进而确定蓄电池的容量，完成了对太阳能光伏电池、半导体制冷片和蓄电池各项参数的匹配计算。在此基础上对太阳能制冷系统的总体结构进行了设计，利用太阳能光伏电池产生电能，存储在蓄电池中。采用ATmega8单片机实现对蓄电池的充放电控制，根据设置的温度控制半导体制冷片的开启，达到设定的低温储藏温度值。为了保证蓄电池充电效率和使用寿命，采用PWM脉冲调制实现对蓄电池快速高效的充电。在完成制冷控制器硬件设计的基础上，利用C语言编写了控制程序，实现了各种信号采集功能，对蓄电池的充放电控制和保护功能，以及对半导体制冷片的工作控制和保护。 【关键词】：低温储粮 太阳能 半导体制冷 制冷量 单片机
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S379
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 粮食低温储藏技术的研究现状10-14
• 1.2.1 仓房隔热保温技术10-11
• 1.2.2 自然低温储粮技术11
• 1.2.3 机械制冷低温储粮技术11-12
• 1.2.4 太阳能制冷低温储粮12-14
• 1.3 太阳能光伏发电原理及应用14-15
• 1.3.1 光伏电池的工作原理14
• 1.3.2 太阳能光伏发电技术的应用14-15
• 1.4 本文研究的主要内容15-16
• 第二章 低温储粮制冷量计算16-27
• 2.1 粮仓温度分布概况16-18
• 2.2 粮堆温度场的模拟18-22
• 2.2.1 粮堆导热方程及其边界条件和初始条件18-20
• 2.2.2 粮堆导热方程的 MATLAB 求解20-22
• 2.3 太阳能制冷低温储粮方式研究22-23
• 2.4 粮仓制冷量的计算23-27
• 第三章 太阳能制冷系统的总体设计与器件的参数匹配27-39
• 3.1 系统的总体结构设计27-28
• 3.2 半导体制冷片的参数匹配及选型28-31
• 3.2.1 半导体制冷原理及应用28-29
• 3.2.2 制冷片的参数匹配29-31
• 3.3 太阳能光伏组件的计算31-33
• 3.4 蓄电池的选择及容量计算33-39
• 3.4.1 铅酸蓄电池的工作原理33-34
• 3.4.2 蓄电池容量的计算34-35
• 3.4.3 蓄电池充放电的控制35-39
• 第四章 控制器的硬件设计39-48
• 4.1 控制器的电路主框图39
• 4.2 ATmega8 微处理器39-40
• 4.3 信号采集电路40-43
• 4.3.1 电流采样电路40-41
• 4.3.2 电压采样电路41-42
• 4.3.3 温度检测电路42-43
• 4.4 负载工作及保护电路43-44
• 4.4.1 半导体制冷驱动电路43
• 4.4.2 负载控制与保护电路43-44
• 4.5 功率管驱动电路及蓄电池充电电路44-46
• 4.5.1 功率管驱动电路44-45
• 4.5.2 蓄电池充电电路45-46
• 4.6 电源电路46-48
• 第五章 系统软件设计48-54
• 5.1 软件总体设计与实现48-49
• 5.1.1 总体软件流程48-49
• 5.2 蓄电池充电控制程序49-52
• 5.2.1 蓄电池充电子程序49-50
• 5.2.2 PWM 输出子程序50-52
• 5.3 制冷控制子程序52
• 5.4 A/D 转换子程序52-53
• 5.5 系统软件抗干扰措施53-54
• 第六章 总结与展望54-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 附录59-60
• 控制器电路图59-60
• 发表论文60

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