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粮仓温度巡检系统

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粮仓温度巡检系统

学 生：欧阳梦思
指导教师：梁会军
（三峡大学 电气信息学院）

1课题来源
本课题为2009年秋季学期三峡大学电气新能源学院下达的毕业设计课题，设计的是粮仓的温度监控系统，即对各个粮库的温度进行监控，以保证粮库的储存的安全。

2 研究的目的和意义
2.1保证粮食安全存储，解决粮仓温度方面隐患
粮食是人类赖以生存的基本物质，是关系国民生计的重要物资，也是军需民食的特殊商品。中国有句老话“民以食为天”。吃饭始终是人类赖以生存和社会稳定的头等大事，粮食问题是关系到国家发展、社会安定的大问题。粮食的储存和保管工作国家和各级政府都十分重视。在粮食储存和保管过程中温度对粮食有直接影响，稍有疏忽，温度过高，就会造成粮食发烧，给国家和人民造成巨大的经济损失。我国是一个农业大国，有13亿人口，九亿多农民，近年来在如何提高粮食产量方面，国内取得了突破性的进展，我国粮食总产量将近5亿吨。保持粮仓科学存储和流通至关重要。保证国民粮食需求量，就需要对现有粮食做到用尽奇能，我们应该做好储粮保粮工作，将粮食储备损失减少到最低。所以粮食的存放问题是不容忽视的问题。而现有的粮库存在很多隐患，由于粮仓的管理滞后于粮食产量，导致粮食由于得不到很好储藏而发生霉变和发芽，造成很大的损失。温度的变化人们没有及时发现并处理，可能会导致粮食腐烂发霉，而从化学的角度来讲，细微颗粒在密闭的空间里，当温度过高就可能发生爆炸等等，这只是温度一个因素对粮库粮食储藏造成的影响，还有类似于湿度，粉尘等很多因素，也会对粮食造成一定程度的影响，因此，粮仓温度巡检系统的可靠性问题异常重要。
2.2解决现有粮仓温度控制方面存在的不足
粮食在储藏期间，由于环境、气候和通风条件等因素的变化，粮仓温度和湿度会发生变化，极易造成粮食的霉烂。在传统的多点温度监控系统中大多采用模拟温度传感器（AD590）一般经前端放大、A/D变换和数据修正等过程。经实践应用分析发现：传统电路设计上存在电源干扰、滤波不可靠，线路过于复杂、无屏蔽措施等不可靠因素。而现有系统一般只是提供一个监视终端，因此不易实现粮食储运的自动化管理。而采用单总线数字温度传感器DS18B20可以克服上述种种问题，提高了精确度和稳定性。将温度直接转化为串行数字信号供微机处理，而且在点总线上可以挂多片DS18B20，微机只需要一根端口线就可以与多点DS18B20进行通行。因此因此以数字式单总线温度传感器DS18B20为核心构成的分布式多点温度监控系统改变传统的温度采样模式，施工和维护方便，成本低，具有可靠性高、线路简单、测量精度高、功能便于扩展的优点。
2.3完善和发展温度传感器技术的应用
测量温度的关键是温度传感器温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义.在造纸、纺织等行业中,需要测量旋转滚筒表面的多点温度。
传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术。计算机和通信技术发展极快，相当成熟，而传感器应用技术因为需要使用模拟技术，而模拟技术还有很多问题难以解决，因此传感器应用技术也有待进一步发展。研究采用数字式单总线温度传感器DS18B20可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端和缺陷，完善和发展温度传感器技术的应用。

3 国内外的研究现状和发展趋势
国外设计的粮库有节省能源、减少维修、保证储物质量、降低管理费用、方便装卸等特点。
墨西哥设计一种节能粮库，为六边形太阳能粮库，可使谷物在仓储过程中减少10%左右的损失，在装卸过程中使谷物损失降低到最低量，还能有效防止对仓库墙壁不规则的摩擦和挤压，防止粮食装卸过程中造成库壁破裂，还有维修费、设计成本、造价大大低于普通竖式粮库等优点。
澳大利亚的卧式粮仓，为高大型的房式仓，仓容量高达10万吨，粮仓高度的檐高处6米以上，中间可堆到9米，仓房跨度50米，长度100米。墙壁采用钢立柱式外覆盖镀锌成型钢板或混凝土墙体，屋架为轻质钢材，每平方米可堆粮7.3吨（我国房式仓为4吨）。高大型房式仓内固定式输送设备与立筒仓联在一起。澳大利亚在港口还没设计制造超大规模的钢板仓，是该国最大的粮食出口终端库，粮仓为立筒仓，其两条输送设备台时产量能达到5000吨。
日本开发设计一种远红外粮仓，在粮库内设有远红外快速干燥系统，把粮仓内部温度恒定在30摄氏度左右，并保持较低的气压，然后用三种陶瓷加热器向粮仓内放射远红外线，并让干燥空气循环流通，以促使储藏的粮食有效发散水分、保持干燥、保持粮食原有的色泽与 。应用该技术能大大节省能源消耗与降低粮仓保管费用。
欧洲应用有冷却系统的粮仓，在粮仓内装有冷却系统冷冻盘管，能对粮仓进行冷却，可抑制库内被装入粮食的呼吸。粮食冷却机讲冷空气输入储粮仓，降低贮粮温度，冷空气水分增多，被存粮渐渐干燥。经过冷却后温度最佳是10摄氏度到18摄氏度，应用冷却系统的粮仓，可防止虫害损失，节省许多资金，提高大米、玉米完好率，保留玉米中的脂肪与油份，保留大米原有口味。
建国50年来，粮食仓储和流通设施建设取得了很大成绩，粮食仓储规模750万吨增加了20多倍。
我国过去储粮主要是用苇席仓和小土仓，测量方法很简单，就是用温度计或带测温度元件插入粮食中进行测量。但是这种方法需要测量方法测温人员直接操作和读数，很辛苦，而且效率低，准确度低，不能连续测温。
随着国家粮食产业的发展，开始采用粮仓监测，粮仓监测主要采用温度计测量法，它是将温度计放入特制的插杆中，根据经验插在粮仓的多个测温点。管理人员定期拔出读数，确定粮温的高、低，决定是否倒粮，这种方法对储粮有一定的作用，但由于温度计精度、人工读数的人为因素的原因，温度检测不仅速度慢，而且精度低，抽样不彻底，局部粮温过高不易被及时发现，导致因局部粮食发霉变质引起大面积坏粮的情况时有发生。
随着我国储粮规模越来越大，为了提高储粮质量，兴建了大批机械化程度很高的不同规格的金属、水泥筒仓群和大型房式仓群。我国许多粮食仓储单位开始采用热敏电阻为温度敏感元件，热敏电阻虽然成本低，但需要后续信号来处理电路，而且在测量过程中需要标定温度值。检测系统因电路和工艺复杂而误报率高，故障频繁，给施工和维护都带来不便。
我国在1981年初开始研制和运用测温电缆进行监测粮仓温度的变化，广泛运用测温电缆与计算机连接，按一定的时间程序，通过测控单元与测温电缆温度的模拟信号，完成粮仓时时数据的采集，并进行数据整理与控制。粮仓电缆中使用的测温元件主要有热敏电阻、PN节、热电阻，其主要结构有10—16芯，外径约为14mm-20mm,导线内装有测温元件（分别为内接和外接型式），裸细钢丝铠装（或钢丝绳置于缆芯中间），外挤PVC（透明塑料）护套等圆形电缆。实践证明，这些传统的测温电缆制造工艺复杂，有的结构需要一些专用设备，电缆外径较大，更换测量元件也困难，而且模拟式传感器需要放大模拟开关，A/D转换才能与微机连接，电路复杂，安装调试麻烦，且测温误差较大，灵敏度低，稳定性差，测量速度慢。例如：测1000点需要20min才能完成，且由于原型钢丝铠装所形成的热屏蔽效应，使测温数据偏差较大。
目前，我国的粮食加工和存储单位一般采用大型的钢板仓或方仓储存原粮。这些储粮仓一般高约二十米，直径达十米以上。以往管理人员对这种大型粮仓仓内温度的检测非常困难，一种方法是把放有温度计的钢管插入粮食中，过几个小时，估计粮食温度与温度计标示的温度一致后，把钢管取出并马上读温度值，显然，这种测温手段不仅费工费时，而且误差较大，无法测量粮仓深处的温度。近几年，适用于大型粮仓的检测设备有了很大一定发展但现有系统多采用分级式结构，由一台主机带数台分机组成。这些系统在安装时，一般把分机按在粮仓的上面，实践证明，这样做不仅给安装和维护带来不便，而且分机常因外界环境的恶劣而无法正常工作。
随着科学技术的发展，我国研究通过计算机检测粮食储备库中粮食的基本情况（包括温度、湿度、水份、虫情等）；以多种方式（三维立体数字、三维立体图形、曲线、表格等）显示和打印温湿度信息，结合其它粮情（如入仓时间、品种、仓型、熏蒸记录等）进行综合分析：粮食有无虫害、是否霉变、需要何种类型的通风等；根据仓内外温湿度变化情况，对各种通风设备进行实时自动或手动控制；对粮食库存情况进行动态管理。从而大大提高国家粮食储备库储备粮安全水平，使储粮库管理实现自动化和智能化。

4 研究的主要内容及设计成果的应用价值
4.1基于RS485总线的温度巡检系统研究
送器控制核心，实现DS18B20温度数据的采集与总线控制。同时要求配合控制室计算机进行温度数据的传输与实现，由控制室计算机实现对各温度节点信息的采集、显示与存储。
4.2应用价值
利用RS485总线实现集散式温度巡检系统，可靠性高，方便与现有其他工业现场RS485总线连接，扩大了应用范围。粮仓温度控制是当前粮食系统改造的重大项目之一。粮仓温度巡检系统能及时检测粮仓温度，反映粮仓温度变化情况，对于安全储粮、数据查询都有积极作用。对改变早期粮仓温度信息检测手工作业效率低，劳动强度大以及降低储粮成本有明显的作用。

5工作的主要阶段、进度
（1）2010年秋季学期第16周前
接受毕业设计任务书，学习毕业设计（论文）要求及有关规定。
（2）2010年秋季学期第16~21周
阅读指定的参考资料及文献（包括10万个印刷符号外文资料），基本完成开题报告、外文翻译等任务。
（3）2011年春季学期第1周
进一步修订完善开题报告、外文翻译，使其在内容及格式上符合毕业设计（论文）规范要求。
（4）2011年春季学期第2～4周
进行文献资料的搜集、整理、研究
（5）2011年春季学期第5～8周
毕业设计制作并完成论文初稿
（6）2011年春季学期第9～11周
毕业论文修改
（7）2011年春季学期第11～13周
毕业论文定稿
（8）2011年春季学期13～14周
毕业论文审核
（9）2011年春季学期15周
毕业答辩

6最终目标及完成时间
完成粮仓温度巡检系统的整体设计，达到系统的调试目标。
完成时间：2011年春季学期第15周

7现有条件及必须采取的措施
现有单片机模拟仿真软件，51系列兼容单片机C语言软件开发系统，，可以完成建立总线研究与设计。在设计中必须采取……措施。

8协助单位及要解决的主要问题
本课题的完成应解决制作温度采集板及建立RS485总线系统的技术问题，同时，需要得到电气新能源学院单位以及毕业设计指导老师梁老师的大力支持和帮助。

参 考 文 献

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