The application of stored-grain condition monitoring and control system communication technology

◎李東方1，赫振方2（1.國(guó)貿(mào)工程設(shè)計(jì)院，北京　100037；2.國(guó)家糧食局科學(xué)研究院，北京　100037）

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糧情測(cè)控系統(tǒng)通信技術(shù)的應(yīng)用

The application of stored-grain condition monitoring and control system communication technology

◎李東方1，赫振方2
（1.國(guó)貿(mào)工程設(shè)計(jì)院，北京100037；
2.國(guó)家糧食局科學(xué)研究院，北京100037）

1　糧情測(cè)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

糧食在儲(chǔ)藏過(guò)程中受溫度、濕度、水分及其他因素的影響，可能出現(xiàn)發(fā)熱、霉變、蟲(chóng)害滋生等情況.為了減少糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中的損失，保障糧食的品質(zhì)和質(zhì)量，首先應(yīng)該及時(shí)準(zhǔn)確地掌握糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中各種物理量的變化情況，找出其正常變化與異常變化的區(qū)別；同時(shí)，要根據(jù)糧堆中各種生態(tài)因子互相影響的規(guī)律分析糧情，給出經(jīng)濟(jì)合理的解決措施的判斷，或者通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行處理.能否正確檢測(cè)出糧情變化數(shù)據(jù)，能否正確分析、判斷異常變化，能否給出合理的處置建議，是保證儲(chǔ)糧安全的關(guān)鍵，也是處置措施是否經(jīng)濟(jì)可行、能否達(dá)到節(jié)能減排要求的關(guān)鍵.

糧情測(cè)控系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中對(duì)糧情變化的實(shí)時(shí)檢測(cè)、對(duì)實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)、對(duì)異常糧情提出處理建議和予以控制的措施等，為安全儲(chǔ)糧提供技術(shù)保證和科學(xué)依據(jù).

糧情測(cè)控系統(tǒng)由糧情測(cè)控硬件系統(tǒng)和糧情測(cè)控軟件系統(tǒng)兩部分組成，如圖1所示.

圖1　糧情測(cè)控系統(tǒng)組成示意圖

2　糧情測(cè)控系統(tǒng)通信方式的分類(lèi)

2.1有線(xiàn)通信方式

主要采用RS-485總線(xiàn)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)等.

2.1.1 RS-422/RS-485接口的應(yīng)用

由RS-485接口構(gòu)成的糧情測(cè)控系統(tǒng)示意圖如圖2所示.

2.1.2工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其應(yīng)用

2.1.2.1 CAN總線(xiàn)技術(shù)

CAN總線(xiàn)技術(shù)因其具有卓越的特性和極高的可靠性而廣泛應(yīng)用于各種過(guò)程監(jiān)測(cè)及控制領(lǐng)域.圖3所示的是CAN總線(xiàn)糧情測(cè)控系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)示意圖.

圖2　糧情測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)成框圖

圖3　CAN總線(xiàn)糧情測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖中可以看出，在上位機(jī)與智能分機(jī)之間是由CAN總線(xiàn)連接的，并且在同一系統(tǒng)中可以存在多臺(tái)上位機(jī).每個(gè)智能分機(jī)由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換電路和CAN通信電路組成，與溫度分線(xiàn)器、濕度分線(xiàn)器和通風(fēng)控制器分別通過(guò)單根電纜連接，整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)清晰、連接簡(jiǎn)捷、系統(tǒng)容量大等特點(diǎn).

2.1.2.2 LONWORKS技術(shù)

LONWORKS在糧情測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用（結(jié)構(gòu)、實(shí)施方案）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意如圖4所示.

圖4　LONWORKS總線(xiàn)糧情測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

監(jiān)控主機(jī)與測(cè)控分機(jī)（節(jié)點(diǎn)）通過(guò)同一傳輸介質(zhì)——屏蔽雙絞線(xiàn)連接；從數(shù)據(jù)交換角度看，監(jiān)控主機(jī)與各檢測(cè)分機(jī)對(duì)等（Peer to Peer），監(jiān)控分機(jī)可在沒(méi)有監(jiān)控主機(jī)的情況下獨(dú)立運(yùn)行.監(jiān)控分機(jī)（節(jié)點(diǎn)）通過(guò)分線(xiàn)器實(shí)現(xiàn)與測(cè)溫電纜的連接，從監(jiān)控分機(jī)（節(jié)點(diǎn)）到分線(xiàn)器間的信號(hào)線(xiàn)長(zhǎng)度可達(dá)500 m.監(jiān)控分機(jī)（節(jié)點(diǎn)）設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接口，為測(cè)濕、測(cè)水、測(cè)氣體濃度等提供擴(kuò)展接口.系統(tǒng)可分為管理監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)兩部分.

2.2無(wú)線(xiàn)通信方式

2.2.1 GPRS無(wú)線(xiàn)通信的應(yīng)用

GPRS無(wú)線(xiàn)通信在糧情測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用（結(jié)構(gòu)、實(shí)施方案）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意如圖5所示，監(jiān)控主機(jī)與測(cè)控分機(jī)（節(jié)點(diǎn)）通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊連接，無(wú)須像有線(xiàn)通信方式那樣所需的施工布線(xiàn)，組網(wǎng)靈活方便，擴(kuò)容性好.

圖5　GPRS無(wú)線(xiàn)通信糧情測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2射頻無(wú)線(xiàn)通信的應(yīng)用

系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊（見(jiàn)圖6），以某公司的產(chǎn)品為例，該模塊具有如下主要特點(diǎn)：①發(fā)射功率10～1 000 mW可調(diào)，自由使用，無(wú)須申請(qǐng)頻率.223～235 MHz數(shù)據(jù)傳輸專(zhuān)用頻段，工作頻帶寬，同頻干擾小.②環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，頻率穩(wěn)定度高，工作頻率及發(fā)射功率在-35～+65℃工作環(huán)境溫度范圍內(nèi)基本不變化，符合工業(yè)級(jí)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn).③功能完備，主要功能參數(shù)如頻率、功率、連續(xù)發(fā)射時(shí)限、頻響特性、靜噪深度、靜噪信號(hào)邏輯電平、數(shù)話(huà)切換邏輯電平、節(jié)電工作模式、傳輸速率、數(shù)據(jù)格式、地址碼等可進(jìn)行設(shè)置.④3.5～13.8V直流供電電壓范圍，超低功耗，特別適合于采用太陽(yáng)能供電的應(yīng)用場(chǎng)合.⑤具有RS-232、RS-485及TTL多種通信接口可供選擇，適應(yīng)面寬.

圖6　無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊

2.2.3 ZigBee無(wú)線(xiàn)通信的應(yīng)用

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通信技術(shù).根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù).ZigBee的特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本，主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備.基于ZigBee技術(shù)的糧情測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示.

圖7　基于ZigBee技術(shù)的糧情測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

ZigBee是一種高可靠的無(wú)線(xiàn)數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類(lèi)似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)傳模塊類(lèi)似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站.ZigBee是一個(gè)由可多到65 000個(gè)無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線(xiàn)數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75 m無(wú)限擴(kuò)展.

與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立的，因此ZigBee具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、工作可靠、價(jià)格低廉的特點(diǎn).每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象（如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控），還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)資料.除此之外，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（FFD）還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)與多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)（RFD）無(wú)線(xiàn)連接.

2.2.4電力載波無(wú)線(xiàn)通信的應(yīng)用

如圖8所示，系統(tǒng)的通信信號(hào)在庫(kù)區(qū)現(xiàn)有的電力線(xiàn)同一回路上傳輸，無(wú)須單獨(dú)敷設(shè)通信電纜，可以節(jié)省大量電纜和工程費(fèi)用，系統(tǒng)安裝維護(hù)簡(jiǎn)單、方便、省時(shí)省力.因基于電力線(xiàn)通信，故不存在強(qiáng)電干擾，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性.

圖8　電力載波無(wú)線(xiàn)通信糧情測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

參考文獻(xiàn)：

[1]赫振方，李東方，等.儲(chǔ)糧新技術(shù)教程（第二篇）[M].北京：中國(guó)商業(yè)出版社，2001

[2]李東方，等.流程工業(yè)自動(dòng)化儀表技術(shù)與應(yīng)用匯編（第一章）[M].天津：天津科技翻譯出版有限公司，2011

摘要：隨著通信技術(shù)的發(fā)展，糧情測(cè)控系統(tǒng)也逐步采用了最新的通信技術(shù)，介紹了糧情測(cè)控系統(tǒng)常用的幾種通信方式.

關(guān)鍵詞：糧情測(cè)控系統(tǒng)；通信技術(shù)；應(yīng)用

LI Dongfang1, He Zhenfang2
（1.Guomao Engineering Design Institute, Beijing 100037, China;
2.The Academy of Science of the State Administration of Grain, Beijing 100037, China）

Abstract：With the development of communication technology, stored-grain condition monitoring and control system use the latest communications technology gradually.Several normal communication modes of monitoring and control system were introduced.

Key words：Monitoring and control system of stored-grain condition; Communication technology; application

中圖分類(lèi)號(hào)：TN914