仓库温湿度监测与调控系统设计

1 緒論1.1 研究背景及意義目前國家投資興建了數百所大型現代化倉庫，這些大型倉庫的容量和規模都是前所未有的，最大的倉庫方圓幾公里，倉庫房數為數十個。

這些大型倉庫的興建暴露出原有小倉庫的一些問題。

主要有如何隨時掌握每個倉內貨物的品質變化情況，如何保證入庫的貨物在較長時間的保存期內不變質。

在儲藏過程中，貨物經常會受到溫度、濕度及其它因素的影響，可能出現發熱、黴變、蟲害孽生等情況。

為了減少儲藏過程中的損失，保障物品的品質和品質，首先應該及時準確地掌握儲藏過程中各種物理因素的變化情況，找出其變化規律。

庫情測控系統是利用現代電子技術來實現倉儲過程中對貨物所處環境變化的即時檢測、對即時檢測數據進行分析與預測、對異常情況提出處理建議和控制措施等，為科學及安全儲物提供技術保證和科學依據。

貨物冷卻、機械通風、環流抽濕、庫情測控是四項儲物新技術，其中庫情檢測是基礎。

檢測是其他三項儲物技術運行狀態的觀察者和運行結果的真實反映者。

庫情測控系統的準確、可靠性，直接關係到其他三項儲物技術運行和應用效果，是四項儲物新技術應用的關鍵。

由此可見，糧情測控系統在糧食儲藏過程中的重要地位和所起的決定作用。

倉庫檢測系統包括:庫內溫濕度檢測、分析與通風控制。

“庫情檢測”在貨物儲藏過程中所起的作用就像“人工”保管時期保管人員的“眼睛”和“鼻子”，對儲藏過程中各種情況進行即時觀察，並密切關注著庫情的即時變化:“庫情分析”就像保管人員的“大腦”，對通過“眼睛”和“鼻子”觀察到各種庫情及變化情況，並根據儲藏技術的特點和儲藏的各種環境條件進行綜合分析與判斷，給出相應的結論及處理建議:“通風控制”就像保管人員的“手”和“足”，根據“大腦”的結論和處理建議來採取相應的處理措施，以確保貨物處在適宜的儲藏狀態，保證儲藏的安全。

檢測、分析、控制三者之間的關係對於倉庫檢測分析控制系統產品而言，首先，應滿足安全儲糧的具體技術要求。

檢測是基礎，分析是依據，通風控制是手段。

庫情檢測是對貨物儲藏過程中貨堆溫度、倉內溫、濕度和大氣溫、濕度等基本檢測參數變化的記錄。

庫情檢測系統是通過電源電纜、通訊電纜將電腦、檢測主機、檢測分機、分線器和測溫感測器等連結起來構成的系統。

檢測過程是把埋在貨堆內的溫度感測器所感應到貨堆內的溫度變化情況，通過分線器、檢測分機、檢測主機而反映到主控機房的電腦上，使庫房保管人員可以隨時觀察貨物的溫度變化情況，並採取相應的處理措施，以確保儲藏過程的安全。

建立倉庫檢測產品技術新體系，應本著一切從國情出發，從實際需要出發，從目前國內的技術水準出發，面向遍佈全國各大生產區和銷售區倉庫的不同倉房類型，優化不同類型和功能、性能價格比較高的倉庫情檢測成套系列化產品，經濟、實用地來滿足糧食儲藏的不同需求。

1998年開始，中央決定投資建設中央直屬儲備庫，這是一項具有重大意義的戰略舉措，它不僅能夠有效地緩解庫倉容量嚴重不足的壓力，改善倉儲設施的佈局和結構，增強國家對糧食、藥品、軍火等關係國家命脈的重要物資的宏觀調控能力。

確保國家安全，而且能夠帶動和促進整個國民經濟的持續穩定地增長。

通過中央直屬儲備庫的建設，為在全國範圍內形成佈局合理、便於調控的現代化儲運體系打下基礎。

我國每年糧食總產量約4.5億噸左右，全年進行流通的糧食大約1.5億噸，全國現有糧庫數量就有58000多個，倉房類型繁多，按大類劃分諸如:平房倉、筒倉、樓房倉、圓倉、淺圓倉等，且倉容規模大、小不等，遍佈全國各產地和銷區。

利用先進的檢測和電腦技術，在現有庫情檢測系統的基礎上，優化檢測系統產品種類。

研究建立適應不同倉型的檢測系統成套技術和裝置，使糧食儲藏過程中檢測技術日趨規範化、標準化與系列化是國情及糧食儲藏過程之所需。

糧情檢測技術標準化、系列化問題的研究解決，將有力地推動我國倉庫庫情檢測技術新體系的建立，為倉儲業務管理規範化、標準化工作提供強適應性檢測手段，確保倉儲的科學與安全。

1.2 國內檢測技術的研究現狀與發展趨勢倉庫庫情檢測技術是科學保糧的關鍵技術之一。

隨著電子技術、電腦應用技術的進步和發展，電腦的應用範圍日益擴大.倉庫檢測電腦應用的萌芽形成於早期應用電子技術檢測糧食溫度。

當時，以銅電阻，熱敏電阻作為感測器件，通過檢測電阻的變化來反映糧食溫度的變化，為糧食保管提供參考依據。

但此工作靠人工一點一點測量，效率低，準確性差。

在糧食部門各級領導的關懷和糧食行業科技主管部門的大力支持下，在糧食行業內、外廣大科技工作者近30年的共同努力下，糧情檢測技術不斷完善、提高、並日趨成熟，逐步形成了樣式繁多的各種倉庫環境檢測系統，為安全、科學儲糧起到了積極的作用。

倉庫檢測系統電腦應用工作的開展取得了一定的經濟效益和社會效益，不同程度地提高了工作效率和管理水準，並積累了一定的電腦應用方面的工作經驗，在軟、硬體技術方面也進一步得到改善和提高。

例如，現在比較成熟的糧情檢測系統在佈線上採用矩陣式佈線技術，簡化了數據採集部分的線路;在感測器方面應用了半導體、熱電偶等器件:在數據傳輸上採用了串行傳輸方式，從而減少了傳輸線條數;通過各種手段提高了數據傳輸和巡檢速度，通過軟、硬體技術的結合提高了檢測精度和可靠性。

目前國內己有數十家企業生產倉庫檢測系統產品，品種繁多，系統結構各異，但其基本功能無外乎倉庫內外溫濕度檢測、貨堆內部溫度檢測及分析、通風機械的控制等兒項，鑒於儲藏物品的特殊性，系統功能的重點放在了貨堆內部溫度的檢測和分析上。

檢測系統可以根據採用的溫濕度感測器和通信方式的不同進行如下分類：按溫度感測器分類通常檢測系統主要選用熱敏電阻、數字式溫度感測器作為溫度感測器，也有選用其他溫度感測器例如P-N結型溫度感測器的倉庫檢測系統。

熱敏電阻以溫度變化導致阻值的變化為工作原理的熱敏電阻，因其具有成本低、體積小、簡單、可靠、回應速度快、容易使用等特點。

在多項溫度測量應用中受到廣泛歡迎，同樣也是國內糧情檢測系統中採用最多的溫度感測器。

熱敏電阻的電阻溫度係數較高，室溫電阻通常也較高，因此其自身發熱較小，信號調節較為簡單。

熱敏電阻的缺點是互換性差，溫度與輸出阻值之間呈非線性關係。

熱敏電阻分為正溫度係數熱敏電阻和負溫度係數熱敏電阻兩種，但在溫度測量應用中，正溫度係數熱敏電阻較少得到採用，更多採用的是負溫度係數熱敏電阻。

以下提及的熱敏電阻均指負溫度係數熱敏電阻。

採用熱敏電阻作為溫度感測器的糧情檢測系統的硬體由上位機、通信介面電路、智能分機、溫度分線器、測溫電纜、濕度分線器、測濕探頭和通風控制器組成。

在上位機上運行糧情檢測系統軟體，對檢測到的溫濕度數據進行分析，根據倉內外溫濕度條件判斷是否可以進行通風，手動或自動控制通風機械的啟動和停止。

通信轉換電路分為內置式和外掛式兩種，主要完成兩種通信協議之間的銜接轉換功能。

智能分機是由微處理器、A/D轉換電路和通信電路等組成，主要功能包括接收上位機下達的指令、將現場採集上來的模擬信號數位化、向上位機傳送數位化的溫濕度值、向通風控制器下達啟動或停止指令等。

溫濕度分線器主要完成接收智能分機下達的指令、將模擬開關切換到指定的溫濕度測量點等功能。

通風控制器主要功能是根據智能分機下達的指令控制通風機械的啟動和停止。

智能分機與溫濕度分線器和通風控制器之間均採用單根多芯電纜連接，具有結構簡潔、維護方便、成本低等諸多優點。

採用熱敏電阻作為溫度感測器的測溫電纜是糧情檢測系統的重要組成部分，它是將多個熱敏電阻置入一根測溫電纜之中，電纜內加細鋼絲繩提高抗拉強度、外加絕緣護套密封防腐。

採用熱敏電阻作為溫度感測器的糧情檢測系統的溫度檢測範圍一般在-400C到+500C之間，檢測精度為±10C，完全滿足糧情溫度檢測的需要。

根據其系統結構的特點.一般在單根測溫電纜上置入3-4個熱敏電阻，特別適合房式倉儲環境。

數字式溫度感測器的種類也不少，但用於庫情檢測系統的溫度感測器主要是美國Dallas公司生產的DS18x20系列溫度感測器，其溫度檢測範圍為-550C至+1250C，檢測精度為士0.50C.DSl8x20採用1-Wire介面，封裝形式有PR-35和8-PIN SOIC兩種，倉庫檢測系統中常採用的是PR-35封裝。

DSl8x20採用9個位表示測溫點的溫度值，每個DS18x20內部都設置有一個單一的序列號，因此可以使多個DS18x20共存於同一根數據傳輸線上。

DS18x20內部分為4個部分:64位序列號;保存臨時數據的8位元組片內RAM;保存永久數據的2位元組EEPROM;溫度感測器。

採用數字式溫度感測器的倉庫檢測系統的結構與採用熱敏電阻的倉庫檢測系統的結構大致相同，只是用檢測單元替代了智能分機、擴充接線器替代了溫度分線器。

檢測單元與智能分機的區別在於沒有用於將溫度信號數位化的A/D轉換電路，取而代之的是1-Wire匯流排與上層通信匯流排之間的通信轉換電路，如果系統選用了數字式濕度感測器則檢測單元將完全由數字電路組成，而智能分機是由數字電路和模擬電路兩部分構成的。

這將使檢測單元的電路設計更為容易。

採用DS18x20溫度感測器的倉庫檢測系統的測溫電纜與熱敏電阻測溫電纜大不相同，該測溫電纜最多只需3根導線即可連接多個DS18x20溫度感測器.最為簡潔的結構是利用DS18x20可以通過數據線供電的特點，在測溫電纜中只放置兩根平行的細鋼絲繩即可連接多個DS18x20溫度感測器，這樣不僅使測溫電纜的製造簡便、成本下降，而且提高了測溫電纜的抗拉強度、便於溫度感測器的更換。

正是這些特點使得採用DS18x20溫度感測器的倉庫檢測系統更適用於高大倉庫(諸如淺圓倉、立筒倉)的應用環境，可以解決高大倉在不需重新安裝測溫電纜的情況下更換測溫電纜內部的溫度感測器以及改變溫度感測器相對位置。

按通信方式分類，國內倉庫檢測系統的通信方式主要，採用RS485匯流排技術和現場匯流排技術兩種。

RS485匯流排技術是使用較為廣泛的雙向有補償傳輸線標準，其最大每段匯流排長度為1200米，每段最多支持32個節點，採用單組雙絞線雙向主從通信。

當匯流排加長或節點增多時需要使用中繼器連接，全網路支持最多256個節點。

RS485通信技術應用時間較長，軟硬體實現較為容易，因此是國內糧情檢測系統採用較多的通信方式。

現場匯流排技術是一個全新的匯流排技術，是一種互連現場自動化設備及其控制系統的雙向數字通訊協議，它的出現為自動化控制和儀器儀錶工業帶來了巨大的變革，它代表著未來發展的方向。

目前國內糧情檢測系統採用了兩種現場匯流排:LONWORKS匯流排技術和CAN匯流排技術。

1.3 研究目的、內容及思路倉儲過程中，溫濕度的監測與控制是確保貨物品質的主要措施。

我們研究的目的就是要及時瞭解和掌握倉庫中貨物各點溫度和濕度變化情況並對其進行合理有效地控制。