自适应高效粮情测控板的设计与实现

自适应高效粮情测控板的设计与实现

李仁峰

李仁峰

新疆金谷粮油工程设计院（有限责任公司）新疆乌鲁木齐830002

摘要：近年来，我国经济的快速增长，粮食储藏技术发展的也越来越完善。特别是信息化与智能化粮库建设在国家的粮食安全储备方面占据举足轻重的地位，智能通风、智能气调、智能出入库、智能安防等相关系统得到较快发展。整体而言，我国的粮食储藏技术与标准日趋完善，但粮食储藏相关电子产品的精度和功效仍有一定的发展空间。目前，大部分粮仓使用的粮情板智能化程度、驱动能力和集成度较低，与信息化和智能化粮库的建设需求相去甚远。

关键词：高效；粮情测控板；设计；实现

引言

我国作为一个有十几亿人口的大国，粮食问题显得尤为重要。粮食是保证我国国民经济发展和人民生活稳定的基础，有效的粮情测控技术可以大大降低粮食在仓储环节的损失。我国每年在存储环节的粮食损失量约占总产量的5%。这个损耗是十分巨大的，随着计算机和电子技术的广泛应用发展，粮情测控系统可以检测粮堆温湿度状况，是否生虫，水分含量，气体的浓度等。根据其采集的数据分析可以采取科学手段来保证粮食安全。

1自适应高效粮情测控板设计方案

目前，我国的粮仓主要分为平房仓、筒仓、浅圆仓三种类型，各仓型的电缆负载不尽相同，如图1所示。其中平房仓数据点为立方体排布，电缆数量与粮仓的大小和电缆间隔有关，平房仓一根测温电缆为4～5点，测温点数100～350个。筒仓为立体排布，每层点数3～6个，筒仓一根测温电缆为16点，需要圆锥屋顶。浅圆仓不需要圆锥屋顶，每层数据点以同心圆排列。同心圆2～3个，最里面的圆4个点，中间的6～8个，最外面的10～12个。浅圆仓一根测温电缆介于平房仓和筒仓之间，具体数量根据实际情况而定。主要来自钢丝绳自身的电阻。铜缆电缆是两根缴在一起的铜电线，阻抗则是两者的分布电容。根据相关研究，一个测温点等效于5m的导线，而电缆加工质量不好的话，在电路上也相当于增加了测温点个数。现有大多数粮情测控板采用简单的上拉电阻电路和普通标准通讯方式使网络总长度限制在200m，最大测温点数小于200个，加上对不同仓型兼容性差，可扩展能力弱，已不能满足现有粮仓的功能需求。

图1粮仓电缆连接示意图

1.2硬件设计

自适应高效粮情测控板硬件资源说明自适应高效粮情测控板采用ARMM3单片机为控制模块的控制核心，可根据粮库和仓房需求扩展多达8个测温电缆接驳端口，6个温湿度单总线接驳端口，2个485接驳端口，1个无线扩频模块接驳端口，2个隔离电源和一个8位功能拨码开关。测温电缆接驳端口设计现有国内生产的测温电缆基本测温单元都是基于美信公司的DS18B20单总线（1－Wire）传感器，这些单总线传感器组成网络也称为单总线（1－Wire）测温网络，根据美信官网所提供的资料可以找到如下几个测温网络半径受限因素：反射时间、电缆时延以及电缆阻抗和信号电平衰减。

1.3软件设计

自适应高效粮情测控板软件资源说明自适应高效粮情测控板软件开发平台为KEILUVI-SION5，编程语言为C语言。软件模块由主程序，测温电缆接驳端口子程序，温湿度单总线接驳端口子程序和其他通用功能子程序构成。本文只对最重要的测温电缆接驳端口子程序功能组成和特点进行阐述。测温电缆接驳端口子程序测温电缆接驳端口子程序软件结构图如图3所示。从图3中可以看到自适应高效粮情测控板上电初始化完毕后，通过软件控制器件由单总线通讯状态切换到A/D检测状态，对单总线网络进行A/D检测，当检测结果为不符合时则结束本次操作，并上报主机。如果合格则说明单总线网络的状态正常，满足软件搜点和读点需求，软件控制器件切换回初始状态，开始进行阈值循环搜点，确认当前网络状态下的合理阈值，然后将该阈值同时设置为二进制判断阈值，最后开始逐点温度转换，完成整个网络所有测温点温度读取。需要注意的是现有绝大多数粮库中由于受成本的约束，测温电缆一般为两线制，也就是测温电缆的供电和通信都在一条线上，这种方式称为寄生供电通讯方式。根据寄生供电通讯的特点，如果总线能够在两个比特之间的恢复期内达到足够的电压值，而且恢复时间也足够长，将不存在任何问题。当寄生电压降低到门限电压以下时，从机器件进入复位状态，停止信号应答。当网络不具有充足的能量维持从机器件的工作电压时，系统失效将取决于传输的数据和间歇时间，因此软件前段的A/D检测还要注意测温网络的电压情况。

图3测温电缆接驳端口子程序软件结构框图

2结果及分析

2.1实验室测试结果

根据平房仓结构分别进行了1～6个测温电缆接驳端口连接5个点、50个点、100个点、200个点、300个点、400个点单总线网络的实际测试，自适应高效粮情测控板均能搜索到所有点的ROM-CODE（ID号），并能可靠的读取每个点的温度值，并通过有线485电缆或无线扩频（LoＲa）模块将所有值回传到上位机。说明自适应高效粮情测控板可以根据不同网络自动设置读取阈值，并根据该阈值动态的采用上拉和强上拉完成单总线网络搜点、温度转换和温度读取，不再像以往传统粮情板只能局限于较小网络或特定网络的使用。

2.2粮仓试用效果

目前，自适应高效粮情测控板经在粮库进行挂载试用，单块平均挂载6个端口，挂载测温网络范围40点～300点，平均累计工作时常达到312h，与上位机之间采用无线扩频通讯（采用通用频段410MHz～440MHz），可靠性和安全性均达到客户要求。

结语

随着智能化新技术的不断发展与粮库各子系统的不断完善，自适应高效粮情测控板将根据需求融入更多的功能模块。此外，可在测温电缆上增加电缆选择开关，粮情板通过与测温电缆选择器配合可以完善对测温网络的控制，更好的服务于粮库信息化与智能化建设。

参考文献：

[1]陈赛赛，王力，胡育铭，等．智能化粮库建设与应用现状[J]．粮油食品科技，2016，24（2）：97～101