储粮智能通风系统研究

摘要：常规机械通风面临：通风时机难以把握；自动化程度较低；通风能耗较高、效率较低，粮食水分损失严重等问题。通过人工智能和计算机网络控制技术建设智能通风系统，从而解决机械通风面临的问题。

关键词：人工智能；计算机控制；智能通风

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）15-3588-03

在粮食储藏过程中受粮食温度、湿度、水分及其他因素的影响，经常出现发热、霉变、生害等情况。为了达到减少粮食储藏中的损失和保障粮食的质量和品质的目的，首先应该准确及时地掌控粮食储藏中各种物理量的实时变化情况，找出其正常变化与异常变化的区别；同时，要根据粮堆中各种生态因子互相影响的规律分析粮情，给出经济合理的解决措施的判断，或者通过自动控制系统进行处理。能否正确检测出粮情变化数据、能否正确分析判断异常变化、能否给出合理的处置建议，是保证储粮安全的关键，也是处置措施是否经济可行、能否达到节能减排要求的关键。基于以上需求，该文论述了储粮智能通风系统。智能通风在我国粮库粮食储藏中起着重要作用，主要包括（通风方式（机械、自然）降温、降水、排积热、补冷、保水、均温）。

2 系统设计

2.1 系统结构（见图1）

2.2 系统功能构成

储粮智能通风系统按系统功能分为：粮情检测、粮情分析与粮情控制三部分。粮情检测是对粮食储藏过程中粮堆温度、水分、储粮害虫密度、仓内温、湿度和大气温、湿度，以及各种气体等基本检测参数变化的记录。把粮情传感器所检测到的粮堆内的粮食温度变化参数，通过测控分机、分线器、测控主机把数据上传到主控计算机上，使工作人员随时可以看到到粮仓内的粮情变化，以便采取相应的通风措施，确保粮食仓储过程中的安全。粮情分析是根据粮情分析数学模型，根据历史检测数据，自动归纳本地区粮温变化规律，并结合当前情况，自动确定当前粮温的正确走向和报警温度阈限，提出粮情处理建议，克服人为因素对分析结论的措施。粮情通风控制是通过上传到主机的粮情参数判断是否需要通风及通风时长控制的过程。根据通风降水、降温、调质等目的，智能判断通风模型参数和智能控制通风机等相关设备的开户和关闭。智能通风是当粮食仓储过程中出现不正常参数时，必须采取的措施之一。

2.3传感器技术

国家标准GB7665-87对传感器定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。”温度传感器我们选用美国半导体公司DALLAS生产的可组网式数字温度传感器DS1820。由于DS1820独有的单线接口，所以它连接微处理器时只需要一条口线就能实现DS1820与微处理器的双向通信；由于DS1820具有多点组网能力，可以通过多个DS1820并联在三线上来实现多位置测温；测温范围-55～+125℃，测温分辨率达到0.5℃。DS1820测温原理如图2所示

湿度传感器采用电容型湿敏传感器，湿敏电容是指沉积在微玻璃上的金属薄膜极板，电容介质为亲水性分子薄膜，其介质系数根据环境湿度即时变化。RH相对湿度为100%时，电容容量大概在30—45pF之间变化，电容系统与湿度有较好的线性关系。因为电容量小，信号变换时检测电容变化需要要利用高频电路，且对电路稳定、灵敏度性要求很高，因此做成的传感器也比较昂贵。

2.4数据通信技术

在不同计算机或不同系统之间主要采用串行通信或并行通信两种通信方式。数据并行通信是指各个数据的同时传送，用字和字节都能实现并行传送，显然，并行传送相对速度高，就是传送的距离比较短，通常小于10m；数据串行通信是数据每位有序传送，因此仅用较少的信号便可实现不同计算机或系统之间数据交换，显然，串行传输速度较低，但拥有较长的传送距离，一般可达几十到几千米。

串行通信分为同步和异步传送两种。异步通信中，每一个发送的数据字符都有起始位、奇偶位、停止位。通信数据不存在特殊关系，也没有发送或接收时钟。由高到低电平的起始位通知接收器开启，同时在预期的数据间隔中间开启时钟以便锁存脉冲。停止位是指字符传送结束后返回标志状态。对于速度低的数据通信方式来说异步方式是理想的。同步通信时，数据需要一起传送时钟信息。数据中每个不断连续的数据位都要由一个的基本数据时钟来控制，并定时在特定某个时间间隔上。所以，时钟可以通过单根信号进行信号传送。因此，相比较异步通信可知，信息中每个字符的开销可以大大减少。

2.5 数据传输技术

系统采用RS-485，RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线，应用RS-485可以联网构成分布式系统。由RS-485接口构成的粮情测控示意图如图3所示。

2.6模数转换技术

A/D转换器（ADC）是模拟电路与数字电路的接口，它的功能是把模拟输入的电压量成比例地转换成二进制数字信号，以便微型计算机能够接收。在D/A转换器的知识中我们知道，D/A转换器是将已知数据转换为对应的模拟信号，而A/D转换器的知识中我们知道，D/A转换器是将已知数据转换为对应的模拟信号，而A/D转换器是D/A转换器的逆变换，这是已知一模拟信号，求其对应的数字信号。因此，很容易想到，如果一个A/D转换器的输入模拟量和一个D/A转换器的输出的模拟量相等，那么D/A转换器的输入的数据即可看做是A/D转换器要求的数字输出。换句话说，一个A/D转换器的基本构成可由一个D/A转换器、数据寄存器及一个电压比较器组成，如图4所示。

3 储粮智能分析方法

3.1 粮温数据的处理方法

粮温数据一般包含了平均粮温和独立检测点的粮温。平均粮温是指，将处于同一高度的独立检测点的温度取平均值。其计算方法为： [T平均= Tn]，其中n为检测点个数，T为该层单个检测点的温度值。利用平均粮温可以对该层粮食的安全状态进行判别，但是由于受到经济和技术条件的限制，当个别点出现情况时，平均粮温可能会发生漏报，且无法给出发生情况的位置信息，所以利用独立检测点的数据优势更大。

3.2 简单的粮情判别方法

简单的粮情判别方法，是将粮堆中检测温度从存储单元读取，依据时间序列汇出粮堆温度曲线，进而判别粮堆的安全状态。其判别依据为，设置该粮堆的最高临界温度[Tmax]，当测定的温度大于等于最高临界温度时，将粮堆的安全状态设定为不安全，否则为安全。

3.3 新型粮情安全通风判别参数

利用粮情预测经验模型，可以计算一些较为复杂的判别参数和动态的参数，取得更好的预测效果。利用粮堆温度变化值和粮堆温度变化阈值进行判断。粮堆温度变化值[ΔT]，是指粮堆某检测点的预测温度[T预测]与实际检测温度[T]的差值，即：[ΔT=T-T预测]，式中，[T预测]有粮情预测模型计算机得到。粮堆温度变化值，表征的是当前时刻粮堆的实际温度与预测温度的偏离值，当实际检测温度大于预测温度时，该点的安全状态已经开始偏离正常。但是考虑到实际操作过程中预测温度存在误差，必须设置一个阈值，防止误报和错报。粮堆温度变化阔值[ΔTmax]，当[ΔT≥ΔTmax]时，则当前该检测位置的粮堆状态判断为不安全。

4 智能储粮通风技术的发展趋势

分析模型的完善化，一是通过机器学习功能，学习历史数据、归纳变化规律，修正由于偶然因素造成的预测偏差，以自我完善分析模型。二是由于目前受到检测方法以及多方面条件的限制，很多粮堆生态参数特别是生物参数还没有完全融入到智能粮情分析系统中，目前无论是经验模型还是理论模型还需要进一步完善，以便全面地从物理、化学、生物等多角度、多尺度地分析粮情变化规律。

智能通风分析技术与储藏专家系统更加融合。随着分析模型的完善，以及调控措施逐渐升级，智能通风分析技术与储藏专家系统会形成一体化的分析与控制模块，使用更加便捷。人工干预的成分会逐渐降低。当智能通风分析技术发展更加完善的时候，仓管人员对通风过程的控制及工作强度逐步降低。

参考文献：

[1] LS/T1202-2002.储粮机械通风技术规程[S].国家粮食局，2002.

[2] 刘同法，陈忠平.单片机外围接口电路与工程实践[J].北京航空航天大学，2009.

[3] 闫艳霞，曹玲芝.粮食谷物温度场数学模型的研究与应用[J].粮食物流技术，2007（5）：42-44.

[4] 李森，吴宪莉，陈彦海，等.加强对粮堆温度和温度的检测控制，推广绿色生态储粮[J].粮食加工，2005（5）：52-54.

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