國內糧情測控系統的現狀及發展趨勢

糧情測控技術是科學保糧的關鍵技術之一,目前國內已有數十家企業生產糧情測控系統產品,品種繁多,系統結構各異,但其基本功能無外乎糧倉內外溫濕度檢測、糧食內部溫度檢測及分析、通風機械的控制等幾項,鑒于糧食儲藏的特殊性,系統功能的重點放在了儲糧內部溫度的檢測和分析上。糧情測控系統可以根據采用的溫度傳感器和通信方式的不同進行如下分類：1.按溫度傳感器分類?通常糧情測控系統主要選用熱敏電阻、數字式溫度傳感器作為溫度傳

? 糧情測控技術是科學保糧的關鍵技術之一,目前國內已有數十家企業生產糧情測控系統產品,品種繁多,系統結構各異,但其基本功能無外乎糧倉內外溫濕度檢測、糧食內部溫度檢測及分析、通風機械的控制等幾項,鑒于糧食儲藏的特殊性,系統功能的重點放在了儲糧內部溫度的檢測和分析上。糧情測控系統可以根據采用的溫度傳感器和通信方式的不同進行如下分類：

1.按溫度傳感器分類
? 通常糧情測控系統主要選用熱敏電阻、數字式溫度傳感器作為溫度傳感器,也有選用其它溫度傳感器例如PN結型溫度傳感器的糧情測控系統。
1．1．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、響應速度快、容易使用等特點,在多項溫度測量應用中受到廣泛歡迎,同樣也是國內糧情測控系統采用多的溫度傳感器。熱敏電阻的電阻溫度系數較高,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系。熱敏電阻分為正溫度系數熱敏電阻和負溫度系數熱敏電阻兩種,但在溫度測量應用中,正溫度系數熱敏電阻較少得到采用,更多采用的是負溫度系數熱敏電阻。以下提及的熱敏電阻均指負溫度系數熱敏電阻。
? 采用熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情測控系統的硬件由上位機、通信接口電路、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,典型的系統結構如圖1所示。在上位機上運行糧情測控系統軟件,對檢測到的溫濕度數據進行分析,根據糧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**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、將現場采集上來的模擬信號數字化、向上位機傳送數字化的溫濕度值、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采 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。
? 采用熱敏電阻作為溫度傳感器的測溫電纜是糧情測控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。采用熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情測控系統的溫度檢測范圍一般在－40℃～＋50℃之間,檢測精度為±1℃,*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,特別適合房式倉儲糧環境。
1．2．數字式溫度傳感器
? 數字式溫度傳感器的種類也不少,但用于糧情測控系統的溫度傳感器主要是Dallas的DS18x20系列溫度傳感器,其溫度檢測范圍為－55℃～＋125℃,檢測精度為±0.5℃。DS18x20采用1－WireTM接口,封裝形式有PR－35和SSOP－16兩種,糧情測控系統中采用的是PR－35封裝。DS18x20采用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共存于同一根數據傳輸線上。DS18x20內部分為4個部分：1、64位序列號;2、保存臨時數據的8字節片內RAM;3、保存*數據的2字節EEPROM;4、溫度傳感器。典型的采用DS18x20的糧情測控系統的結構如圖2所示。
? 由圖中可以看出,采用數字式溫度傳感器糧情測控系統的結構與采用熱敏電阻糧情測控系統的結構大致相同,只是用測控單元替代了智能分機、擴充接線器替代了溫度分線器。測控單元與智能分機的區別在于沒有用于將溫度信號數字化的A/D轉換電路,取而代之的是1－WireTM總線與上層通信總線之間的通信轉換電路,如果系統選用了數字式濕度傳感器則測控單元將*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,這將使測控單元的電路設計更為容易。
? 采用DS18x20溫度傳感器的糧情測控系統的測溫電纜與熱敏電阻測溫電纜大不相同,該測溫電纜多只需3根導線即可連接多個DS18x20溫度傳感器。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溫度傳感器,這樣不僅使測溫電纜的制造簡便、成本下降,而且提高了測溫電纜的抗拉強度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點使得采用DS18x20溫度傳感器的糧情測控系統更適用于高大糧倉（諸如淺圓倉、立筒倉）的應用環境,可以解決高大糧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傳感器以及改變溫度傳感器相對位置。由于這種溫度傳感器的價格比熱敏電阻高出許多,所以DS18x20溫度傳感器糧情測控系統在房式倉中應用時不如熱敏電阻糧情測控系統更具有性能價格比的優勢。

2．按通信方式分類
? 國內糧情測控系統的通信方式主要采用RS485總線技術和現場總線技術兩種。
2．1．RS485總線技術
? RS485是使用較為廣泛的雙向有補償傳輸線標準,其大每段總線長度為1200米,每段多支持32個節點,采用單組雙絞線雙向主從通信。當總線加長或節點增多時需要使用中繼器連接,全網絡支持多256個節點。
RS485通信技術應用時間較長,軟硬件實現較為容易,因此是國內糧情測控系統采用較多的通信方式。由于RS485總線技術不支持多主結構,系統容量、通訊距離等方面具有很大的局限性,所以隨著現代化大型糧食儲備庫的逐年增多,RS485通訊方式顯得愈來愈力不從心。
2．2．現場總線技術
? 現場總線技術是一個全新的總線技術,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表工業帶來了巨大的變革,它代表著未來發展的方向。目前國內糧情測控系統采用了兩種現場總線：LONWORKS總線技術和CAN總線技術。
? LONWORKS的技術特點是總線開放、互操作性強、可靠性高、通信速度高可達1.25Mbit/s,大通信距離可達2700米,多節點數為32000個。由此可以看出它在性能上要比RS485總線好的多。
? CAN總線技術在糧情測控系統中的應用比LONWORKS總線技術更為廣泛。CAN總線技術具有*多主網絡結構、通訊距離遠、價位低、可靠性高、系統容量大等優點, CAN總線技術廢除了傳統的站地址編碼,取而代之的是對通信數據塊進行編碼,使得網絡中的節點數在理論上不受限制,從而大大增加了系統的容量,使得大型現代化儲備糧庫的糧情檢測控制在同一系統下得以實現。*多主結構不僅使得系統內可以有多臺上位機存在以適應不同操作人員和管理人員的多種需要,而且使得網絡中智能分機擺脫了只能被動受控狀況,整個系統高度智能化,從而大大提高了系統運行的可靠性。CAN總線大通訊距離可達10公里,這對庫區較大、糧倉分布較分散的大型儲備糧庫是非常適用的。現場總線技術的另一個優點是可以大大節約連接導線以及安裝維護費用,使得整個系統在大大提高系統整體性能的同時具有很高的性能價格比。
? 隨著大型國家糧食儲備庫的日益增多和更多新技術的不斷涌現,預計未來國內糧情測控系統將在以下幾個方面得到進一步的發展：
? 首先,熱敏電阻和數字溫度傳感器在同一糧情測控系統中使用。根據以上分析,熱敏電阻和數字溫度傳感器在房式倉和高大倉房兩個不同場合各自具有優勢,隨著大型國家糧食儲備庫的增多,在同一儲備庫中將存在不同的倉型,而現存的糧情測控系統中只能選擇熱敏電阻或數字溫度傳感器二者之一作為溫度檢測元件。為了更好地發揮熱敏電阻和數字溫度傳感器各自的優勢,在同一糧情測控系統中選用這兩種傳感器是未來市場發展的需求之一。
? 其次,現場總線技術的應用將更為廣泛。現場總線技術是一個全新的通信技術,它代表著控制系統未來的發展方向,未來的糧情測控系統將不可避免地放棄RS485通信方式轉而采用新型的現場總線技術,這將使系統的可靠性、性能價格比大大提高。
? 再者,系統功能的進一步完善。目前糧情測控系統僅局限與溫濕度的檢測和通風控制,諸如糧食儲藏過程中倍受關注的水分檢測和蟲害檢測均未得到解決,預計未來的糧情測控系統將會把更多種類的糧情檢測綜合數據采集上來,與糧情專家分析軟件密切配合,共同保障糧食的儲藏安全。

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