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

◎李東方1，赫振方2（1.國貿(mào)工程設(shè)計院，北京　100037；2.國家糧食局科學(xué)研究院，北京　100037）

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糧情測控系統(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.國貿(mào)工程設(shè)計院，北京100037；
2.國家糧食局科學(xué)研究院，北京100037）

1　糧情測控系統(tǒng)簡介

糧食在儲藏過程中受溫度、濕度、水分及其他因素的影響，可能出現(xiàn)發(fā)熱、霉變、蟲害滋生等情況.為了減少糧食儲藏過程中的損失，保障糧食的品質(zhì)和質(zhì)量，首先應(yīng)該及時準(zhǔn)確地掌握糧食儲藏過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，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，或者通過自動控制系統(tǒng)進(jìn)行處理.能否正確檢測出糧情變化數(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.

糧情測控系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子技術(shù)來實現(xiàn)糧食儲藏過程中對糧情變化的實時檢測、對實時檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與預(yù)測、對異常糧情提出處理建議和予以控制的措施等，為安全儲糧提供技術(shù)保證和科學(xué)依據(jù).

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

圖1　糧情測控系統(tǒng)組成示意圖

2　糧情測控系統(tǒng)通信方式的分類

2.1有線通信方式

主要采用RS-485總線技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(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)成的糧情測控系統(tǒng)示意圖如圖2所示.

2.1.2工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用

2.1.2.1 CAN總線技術(shù)

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

圖2　糧情測控系統(tǒng)構(gòu)成框圖

圖3　CAN總線糧情測控系統(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總線連接的，并且在同一系統(tǒng)中可以存在多臺上位機(jī).每個智能分機(jī)由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換電路和CAN通信電路組成，與溫度分線器、濕度分線器和通風(fēng)控制器分別通過單根電纜連接，整個系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)清晰、連接簡捷、系統(tǒng)容量大等特點.

2.1.2.2 LONWORKS技術(shù)

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

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

監(jiān)控主機(jī)與測控分機(jī)（節(jié)點）通過同一傳輸介質(zhì)——屏蔽雙絞線連接；從數(shù)據(jù)交換角度看，監(jiān)控主機(jī)與各檢測分機(jī)對等（Peer to Peer），監(jiān)控分機(jī)可在沒有監(jiān)控主機(jī)的情況下獨立運行.監(jiān)控分機(jī)（節(jié)點）通過分線器實現(xiàn)與測溫電纜的連接，從監(jiān)控分機(jī)（節(jié)點）到分線器間的信號線長度可達(dá)500 m.監(jiān)控分機(jī)（節(jié)點）設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)信號接口，為測濕、測水、測氣體濃度等提供擴(kuò)展接口.系統(tǒng)可分為管理監(jiān)控層和現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)兩部分.

2.2無線通信方式

2.2.1 GPRS無線通信的應(yīng)用

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

圖5　GPRS無線通信糧情測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2射頻無線通信的應(yīng)用

系統(tǒng)采用無線數(shù)傳模塊（見圖6），以某公司的產(chǎn)品為例，該模塊具有如下主要特點：①發(fā)射功率10～1 000 mW可調(diào)，自由使用，無須申請頻率.223～235 MHz數(shù)據(jù)傳輸專用頻段，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)射時限、頻響特性、靜噪深度、靜噪信號邏輯電平、數(shù)話切換邏輯電平、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能供電的應(yīng)用場合.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　無線數(shù)傳模塊

2.2.3 ZigBee無線通信的應(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，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù).根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù).ZigBee的特點是近距離、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)的糧情測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站.ZigBee是一個由可多到65 000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(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，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75 m無限擴(kuò)展.

與移動通信的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)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立的，因此ZigBee具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、工作可靠、價格低廉的特點.每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象（如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控），還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料.除此之外，每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（FFD）還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)與多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點（RFD）無線連接.

2.2.4電力載波無線通信的應(yīng)用

如圖8所示，系統(tǒng)的通信信號在庫區(qū)現(xiàn)有的電力線同一回路上傳輸，無須單獨敷設(shè)通信電纜，可以節(jié)省大量電纜和工程費用，系統(tǒng)安裝維護(hù)簡單、方便、省時省力.因基于電力線通信，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　電力載波無線通信糧情測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

參考文獻(xiàn)：

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

[2]李東方，等.流程工業(yè)自動化儀表技術(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，糧情測控系統(tǒng)也逐步采用了最新的通信技術(shù)，介紹了糧情測控系統(tǒng)常用的幾種通信方式.

關(guān)鍵詞：糧情測控系統(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

中圖分類號：TN914