仓库温湿度监测与调控系统设计

1 绪论1.1 研究背景及意义目前国家投资兴建了数百所大型现代化仓库，这些大型仓库的容量和规模都是前所未有的，最大的仓库方圆几公里，仓库房数为数十个。

这些大型仓库的兴建暴露出原有小仓库的一些问题。

主要有如何随时掌握每个仓内货物的质量变化情况，如何保证入库的货物在较长时间的保存期内不变质。

在储藏过程中，货物经常会受到温度、湿度及其它因素的影响，可能出现发热、霉变、虫害孽生等情况。

为了减少储藏过程中的损失，保障物品的品质和质量，首先应该及时准确地掌握储藏过程中各种物理因素的变化情况，找出其变化规律。

库情测控系统是利用现代电子技术来实现仓储过程中对货物所处环境变化的实时检测、对实时检测数据进行分析与预测、对异常情况提出处理建议和控制措施等，为科学及安全储物提供技术保证和科学依据。

货物冷却、机械通风、环流抽湿、库情测控是四项储物新技术，其中库情检测是基础。

检测是其他三项储物技术运行状态的观察者和运行结果的真实反映者。

库情测控系统的准确、可靠性，直接关系到其他三项储物技术运行和应用效果，是四项储物新技术应用的关键。

由此可见，粮情测控系统在粮食储藏过程中的重要地位和所起的决定作用。

仓库检测系统包括:库内温湿度检测、分析与通风控制。

“库情检测”在货物储藏过程中所起的作用就像“人工”保管时期保管人员的“眼睛”和“鼻子”，对储藏过程中各种情况进行实时观察，并密切关注着库情的实时变化:“库情分析”就像保管人员的“大脑”，对通过“眼睛”和“鼻子”观察到各种库情及变化情况，并根据储藏技术的特点和储藏的各种环境条件进行综合分析与判断，给出相应的结论及处理建议:“通风控制”就像保管人员的“手”和“足”，根据“大脑”的结论和处理建议来采取相应的处理措施，以确保货物处在适宜的储藏状态，保证储藏的安全。

检测、分析、控制三者之间的关系对于仓库检测分析控制系统产品而言，首先，应满足安全储粮的具体技术要求。

检测是基础，分析是依据，通风控制是手段。

库情检测是对货物储藏过程中货堆温度、仓内温、湿度和大气温、湿度等基本检测参数变化的记录。

库情检测系统是通过电源电缆、通讯电缆将计算机、检测主机、检测分机、分线器和测温传感器等连结起来构成的系统。

检测过程是把埋在货堆内的温度传感器所感应到货堆内的温度变化情况，通过分线器、检测分机、检测主机而反映到主控机房的计算机上，使库房保管人员可以随时观察货物的温度变化情况，并采取相应的处理措施，以确保储藏过程的安全。

建立仓库检测产品技术新体系，应本着一切从国情出发，从实际需要出发，从目前国内的技术水平出发，面向遍布全国各大生产区和销售区仓库的不同仓房类型，优化不同类型和功能、性能价格比较高的仓库情检测成套系列化产品，经济、实用地来满足粮食储藏的不同需求。

1998年开始，中央决定投资建设中央直属储备库，这是一项具有重大意义的战略举措，它不仅能够有效地缓解库仓容量严重不足的压力，改善仓储设施的布局和结构，增强国家对粮食、药品、军火等关系国家命脉的重要物资的宏观调控能力。

确保国家安全，而且能够带动和促进整个国民经济的持续稳定地增长。

通过中央直属储备库的建设，为在全国范围内形成布局合理、便于调控的现代化储运体系打下基础。

我国每年粮食总产量约4.5亿吨左右，全年进行流通的粮食大约1.5亿吨，全国现有粮库数量就有58000多个，仓房类型繁多，按大类划分诸如:平房仓、筒仓、楼房仓、圆仓、浅圆仓等，且仓容规模大、小不等，遍布全国各产地和销区。

利用先进的检测和计算机技术，在现有库情检测系统的基础上，优化检测系统产品种类。

研究建立适应不同仓型的检测系统成套技术和装置，使粮食储藏过程中检测技术日趋规范化、标准化与系列化是国情及粮食储藏过程之所需。

粮情检测技术标准化、系列化问题的研究解决，将有力地推动我国仓库库情检测技术新体系的建立，为仓储业务管理规范化、标准化工作提供强适应性检测手段，确保仓储的科学与安全。

1.2 国内检测技术的研究现状与发展趋势仓库库情检测技术是科学保粮的关键技术之一。

随着电子技术、计算机应用技术的进步和发展，计算机的应用范围日益扩大.仓库检测计算机应用的萌芽形成于早期应用电子技术检测粮食温度。

当时，以铜电阻，热敏电阻作为传感器件，通过检测电阻的变化来反映粮食温度的变化，为粮食保管提供参考依据。

但此工作靠人工一点一点测量，效率低，准确性差。

在粮食部门各级领导的关怀和粮食行业科技主管部门的大力支持下，在粮食行业内、外广大科技工作者近30年的共同努力下，粮情检测技术不断完善、提高、并日趋成熟，逐步形成了样式繁多的各种仓库环境检测系统，为安全、科学储粮起到了积极的作用。

仓库检测系统计算机应用工作的开展取得了一定的经济效益和社会效益，不同程度地提高了工作效率和管理水平，并积累了一定的计算机应用方面的工作经验，在软、硬件技术方面也进一步得到改善和提高。

例如，现在比较成熟的粮情检测系统在布线上采用矩阵式布线技术，简化了数据采集部分的线路;在传感器方面应用了半导体、热电偶等器件:在数据传输上采用了串行传输方式，从而减少了传输线条数;通过各种手段提高了数据传输和巡检速度，通过软、硬件技术的结合提高了检测精度和可靠性。

目前国内己有数十家企业生产仓库检测系统产品，品种繁多，系统结构各异，但其基本功能无外乎仓库内外温湿度检测、货堆内部温度检测及分析、通风机械的控制等儿项，鉴于储藏物品的特殊性，系统功能的重点放在了货堆内部温度的检测和分析上。

检测系统可以根据采用的温湿度传感器和通信方式的不同进行如下分类：按温度传感器分类通常检测系统主要选用热敏电阻、数字式温度传感器作为温度传感器，也有选用其它温度传感器例如P-N结型温度传感器的仓库检测系统。

热敏电阻以温度变化导致阻值的变化为工作原理的热敏电阻，因其具有成本低、体积小、简单、可靠、响应速度快、容易使用等特点。

在多项温度测量应用中受到广泛欢迎，同样也是国内粮情检测系统中采用最多的温度传感器。

热敏电阻的电阻温度系数较高，室温电阻通常也较高，因此其自身发热较小，信号调节较为简单。

热敏电阻的缺点是互换性差，温度与输出阻值之间呈非线性关系。

热敏电阻分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两种，但在温度测量应用中，正温度系数热敏电阻较少得到采用，更多采用的是负温度系数热敏电阻。

以下提及的热敏电阻均指负温度系数热敏电阻。

采用热敏电阻作为温度传感器的粮情检测系统的硬件由上位机、通信接口电路、智能分机、温度分线器、测温电缆、湿度分线器、测湿探头和通风控制器组成。

在上位机上运行粮情检测系统软件，对检测到的温湿度数据进行分析，根据仓内外温湿度条件判断是否可以进行通风，手动或自动控制通风机械的启动和停止。

通信转换电路分为内置式和外挂式两种，主要完成两种通信协议之间的衔接转换功能。

智能分机是由微处理器、A/D转换电路和通信电路等组成，主要功能包括接收上位机下达的指令、将现场采集上来的模拟信号数字化、向上位机传送数字化的温湿度值、向通风控制器下达启动或停止指令等。

温湿度分线器主要完成接收智能分机下达的指令、将模拟开关切换到指定的温湿度测量点等功能。

通风控制器主要功能是根据智能分机下达的指令控制通风机械的启动和停止。

智能分机与温湿度分线器和通风控制器之间均采用单根多芯电缆连接，具有结构简洁、维护方便、成本低等诸多优点。

采用热敏电阻作为温度传感器的测温电缆是粮情检测系统的重要组成部分，它是将多个热敏电阻置入一根测温电缆之中，电缆内加细钢丝绳提高抗拉强度、外加绝缘护套密封防腐。

采用热敏电阻作为温度传感器的粮情检测系统的温度检测范围一般在-400C到+500C之间，检测精度为±10C，完全满足粮情温度检测的需要。

根据其系统结构的特点.一般在单根测温电缆上置入3-4个热敏电阻，特别适合房式仓储环境。

数字式温度传感器的种类也不少，但用于库情检测系统的温度传感器主要是美国Dallas公司生产的DS18x20系列温度传感器，其温度检测范围为-550C至+1250C，检测精度为士0.50C.DSl8x20采用1-Wire接口，封装形式有PR-35和8-PIN SOIC两种，仓库检测系统中常采用的是PR-35封装。

DSl8x20采用9个位表示测温点的温度值，每个DS18x20内部都设置有一个单一的序列号，因此可以使多个DS18x20共存于同一根数据传输线上。

DS18x20内部分为4个部分:64位序列号;保存临时数据的8字节片内RAM;保存永久数据的2字节EEPROM;温度传感器。

采用数字式温度传感器的仓库检测系统的结构与采用热敏电阻的仓库检测系统的结构大致相同，只是用检测单元替代了智能分机、扩充接线器替代了温度分线器。

检测单元与智能分机的区别在于没有用于将温度信号数字化的A/D转换电路，取而代之的是1-Wire总线与上层通信总线之间的通信转换电路，如果系统选用了数字式湿度传感器则检测单元将完全由数字电路组成，而智能分机是由数字电路和模拟电路两部分构成的。

这将使检测单元的电路设计更为容易。

采用DS18x20温度传感器的仓库检测系统的测温电缆与热敏电阻测温电缆大不相同，该测温电缆最多只需3根导线即可连接多个DS18x20温度传感器.最为简洁的结构是利用DS18x20可以通过数据线供电的特点，在测温电缆中只放置两根平行的细钢丝绳即可连接多个DS18x20温度传感器，这样不仅使测温电缆的制造简便、成本下降，而且提高了测温电缆的抗拉强度、便于温度传感器的更换。

正是这些特点使得采用DS18x20温度传感器的仓库检测系统更适用于高大仓库(诸如浅圆仓、立筒仓)的应用环境，可以解决高大仓在不需重新安装测温电缆的情况下更换测温电缆内部的温度传感器以及改变温度传感器相对位置。

按通信方式分类，国内仓库检测系统的通信方式主要，采用RS485总线技术和现场总线技术两种。

RS485总线技术是使用较为广泛的双向有补偿传输线标准，其最大每段总线长度为1200米，每段最多支持32个节点，采用单组双绞线双向主从通信。

当总线加长或节点增多时需要使用中继器连接，全网络支持最多256个节点。

RS485通信技术应用时间较长，软硬件实现较为容易，因此是国内粮情检测系统采用较多的通信方式。

现场总线技术是一个全新的总线技术，是一种互连现场自动化设备及其控制系统的双向数字通讯协议，它的出现为自动化控制和仪器仪表工业带来了巨大的变革，它代表着未来发展的方向。

目前国内粮情检测系统采用了两种现场总线:LONWORKS总线技术和CAN总线技术。

1.3 研究目的、内容及思路仓储过程中，温湿度的监测与控制是确保货物品质的主要措施。

我们研究的目的就是要及时了解和掌握仓库中货物各点温度和湿度变化情况并对其进行合理有效地控制。

但是对于大型仓，时时开仓进入检测则不宜，最好的办法是在仓内粮堆中预先用传感器布好点，再把各点获得的数据传送到监控中心，以便能及时掌握各库房内粮食变化情况。