国内粮情测控系统现状及发展趋势_张月金

国内粮情测控系统现状及发展趋势

张月金1，谭

军2

（1.武汉理工大学机电工程学院；2.华中农业大学食品科技学院）

摘

要：文章简要介绍了粮情测控系统的工作原理和分类，客观阐述了国内粮情测控系统的发展历

程及应用现状，着重分析了现有粮情测控系统在使用中存在的问题，指出国内粮情测控系统的未来发展趋势：数字化、集成化、自动化、智能化、标准化、网络化。关键词：粮情测控系统；现状；问题；发展趋势

The Current Status and Development Trend of Grain Condition Monitoring Systme in China

Zhang Yuejin 1,Tan Jun 2

(1.School of Mechanical and Electronic Enigineering,Wuhan University of Technology;2.College of Food

Science and Technology,Huazhong Agricultural University)

Abstract:This paper introduces the working principle and the classification of the garin condition monitoring systme simply,elaborates its history of development and current status of application in china objectively,analyzes its existing problems in application ,points out its future development trend in China ：Digitization,Integration,Automation,Intelligentization,Standardization,Networking.Key words:garin condition monitoring systme;current status;problems;development trend

0引言

粮食是国民经济的基础，是关系国计民生的特

殊战略物资，其数量、质量、安全直接关系到国民经济的健康发展和社会大局的安全稳定，因此，进一步完善国家粮食储备体系具有重大战略意义。但我国整体粮食储备状况自建国以来并没有得到明显改善，全国80%左右粮食仍采用原始储备方式，部分库点甚至还要进行人工检测，往往不能及时发现和处理粮食温度、湿度、含水率、害虫密度超标等现象，引起粮食霉变，造成品质劣化。据统计，全国每年因此而损耗的粮食约占总产量的6%以上[1]。为此，国家兴建了众多规模巨大的现代化粮库，采用科学保粮方法，大力推广“谷物冷却”、“机械通风”、“环流熏蒸”、“粮情测控”等4项储粮新技术，其中，粮情测控技术是基础，是开展科学保粮的关键，是粮库内粮食状态的实时观察者和保粮设备运行情况的真实反映者，其准确性、可靠性直接关系到各项储粮新技术的应用效果，关系到粮食储备的安全。

1粮情测控系统

近年来，我国新建的大型粮库基本上配备了现代化的粮情测控系统，大大提升了国家粮食储备体系的科技含量、信息化水平，成为科学保粮的关键技术之一。

粮情测控系统是利用计算机、传感器、通信等现代电子技术对粮食储备过程中的粮情变化进行实时检测，并可以进行数据传输、存储、分析预测报警、自动控制保粮设备适时运行的系统，其主要功能结构如图1所示。1.1

粮情测控系统工作原理

粮情测控系统的工作原理是利用预埋在粮堆内部的各种不同功能的粮情传感器节点检测、采集各类粮情参数(如温度、湿度、含水率、气体浓度、害虫密度等)，将其转换成模拟信号或数字信号,通过一定的通信方式传输到系统上位机，利用粮情信息管理软件对接收到的各种信号自动进行数据存储、显示、分析处理等操作，对异常粮情进行预测和报警提示，并根据预置粮情控制策略自动控制通风机、环流熏蒸机等保粮设备的运行，确保粮食安全。1.2

粮情测控系统分类

Agricultural Equipment ＆Technology

农业装备技术

第35卷第4期2009年8月

Vol．35№.4Aug ．2009

我国现有粮情测控系统大部分采用了微机监控技术，利用新型热敏电阻等传感器进行粮情测量，通过电缆网络进行数据信号的传输，实现了粮情快速、自动检测，为安全储粮提供了有效的技术保证。至今，国内已有几十家企业生产粮情测控系统产品，其型号多样，结构各异，但基本功能无外乎粮食温度、湿度检测、粮情数据简单处理、通风控制等几项，普遍存在一些问题。综合国内研究现状，根据系统所采用的粮情传感器和通信方式的不同，可将粮情测控系统分为以下几类，如图2所示。

2国内粮情测控系统发展历程

20世纪70年代以前，我国粮库基本上没有现代化的粮情检测设备，更谈不上粮情测控系统，主要使用粮库专用温度计、

扦样器、分样器等传统工具来进行粮情检测，劳动强度大，精度低，不能及时发现存在的隐患，易造成不必要的损失。80年代以后，随着电子元器件制造技术的发展，计算机性价比进一步提高，新型传感器、单片机、PC 机、新型通信方式等开始逐渐应用于粮情测控领域，出现了真正意义上的现代粮情测控系统。其发展历程大致可以分为以下几个阶段：

第一代粮情测控系统，以粮食温度为主要检测指标，以单片机为控制核心，结合热敏电阻等电子测

图1粮情测控系统主要功能结构示意图

图2粮情测控系统分类示意图

张月金等：国内粮情测控系统现状及发展趋势AET

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温元件组成集中式粮情测控系统。在该系统中，数据均以模拟信号形式传输，每个测温点均需对应1根通信线，成本高、线阻误差大、系统工作不稳定、精度低、故障率高，且只能进行数据的实时显示，还不具备自动存储、分析等功能。需要粮库工人依据实时数据，并结合个人经验来手动控制通风机等保粮设备。该种类型的粮情测控系统已经基本上被淘汰。

第二代粮情测控系统，普遍采用PC机作为控制核心，引进分线器技术，仓内布线大大减少；采用矩阵布线方式，传感器布局更加合理；采用DOS操作系统，软件界面友好，初步具有数据显示、储存、打印等功能。这类系统由于所采集、传输的信号仍是模拟量，故仍有工作不稳定、抗干扰能力差的缺点，软件功能亦较为简单。目前，国内只有少部分粮库仍在使用此类型系统。

第三代粮情测控系统，是以温度（DS18B20）、湿度等数字化粮情传感器的应用为典型特征的系统，其检测指标逐渐增多，传感器节点逐渐朝多功能集成化方向发展，粮库内信号全以数字量形式传输，采用CAN总线、RS485总线等先进通信方式，小型数字化粮情测控网络逐渐形成[4]，开始采用WINDOWS操作系统，软件功能更加完善，信息化程度更高。目前，国内绝大部分粮库均采用此类粮情测控系统。

第四代粮情测控系统，以无线传感器网络技术（蓝牙、GPRS、ZigBee等）的应用为典型特征。在该系统中，大量微型无线粮情传感器被自由地散布在粮堆内，自主采集周围的粮情参数，通过无线自组网络将数据逐步传输到中心节点,再将其传输到系统上位主机的数据管理软件平台，进行数据的存储、显示、分析、判断，控制相应保粮设备的运行。该类型系统技术先进，无需电缆连接，传感器节点以微型电池供电，可任意放置于粮堆内，持续工作数年。但是，目前国内只有极少数科研单位和高科技企业在试验使用本类型系统，估计近年内会大规模推广应用。

3粮情测控系统存在的问题

随着科技的进一步发展，国内粮情测控系统逐步完善，现有系统已初步具备粮食温湿度检测、自动报警、数据自动存储、报表自动生成、粮情曲线自动绘制等众多功能，极大地提高了我国粮食储备体系的现代化水平，大大减轻了粮食工作者的劳动强度。但是，由于受到投资成本、技术等一系列条件限制，国内大部分粮情测控系统普遍存在以下一些问题。

3.1系统兼容性差

国内粮情测控系统产品生产厂家众多，缺乏统一的行业标准或强制性的国家标准，对软、硬件的主要功能、性能指标未作具体或量化的要求，对软件接口未作全面的定义，这就导致不同厂家生产的系统产品型号、规格、软硬件接口、功能各不相同，兼容性差。而对于分批建设的粮库，每次建库、扩库有可能使用不同厂家的粮情测控系统，相互之间互不兼容，极易造成资金浪费，不利于实际的使用与维护。

3.2系统抗干扰能力差、精度低

国内粮情测控系统通信方式以有线为主，粮情数据以模拟信号形式传输，电磁、工业及其它杂波信号干扰易通过连接电缆线引入，系统抗干扰能力差，测控精度较低[3]。粮库内传感器节点数量众多，引线较长，布线杂乱，粮食倒仓时易遭受机械损坏。另外，部分粮情测控系统没有特殊的防雷击电路设计和合理的防雷干扰措施，一些电子元器件没有进行防雷击、防静电特殊处理，导致系统被雷击坏事件时有发生，引起较大测量误差，严重的甚至可能导致整个系统瘫痪[2]。

3.3系统检测项目少

多数粮情测控系统一般只能对粮食温度、湿度等项目进行检测，而对粮食含水率、气体浓度、霉变、害虫密度等的检测，由于技术不成熟或费用过高，暂时还不能配套。

3.4系统智能化水平低

现有粮情测控系统软件一般采用VB、VC等语言设计，功能较为简单，只具有数据检测、存储、显示、打印等基本功能，智能化水平低。现有系统不能根据预置数学模型对粮食温度、湿度、含水率、气体浓度、害虫密度等粮情数据进行差值计算、变化率分析、临界点判断等操作；不能综合处理粮情数据，分析预测粮情变化趋势，自动实现超温、超湿、霉变和害虫报警，准确定位粮堆内出现异常粮情的具体位置；针对异常粮情，不能采取合理有效的自动处理措施。

3.5系统元器件易损坏

国内粮情测控系统通信电缆普遍采用铜芯镀锡线，安装时接线端头易出现连线、断线、漏接、接触不良和密封效果不好等情况。另外，粮库常用的环流熏

农业装备技术

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