果穗烘干倉集散式智能溫濕度監測系統

馬文軍+任嘉宇+侯艷芳

摘要玉米果穗烘干過程中的溫度監測是烘干系統中極其重要的環節，為了保證種子的品質不受影響，必須采用先進的、可靠的設備，并且對烘干工藝過程進行嚴格控制。本文介紹一種集散式溫濕度監測系統，系統采用觸摸屏和高精度溫濕度傳感器，穩定性高，抗干擾能力強，能充分滿足種子加工行業的使用要求和現場環境。運行特點是抗靜電干擾，能耗低，檢測精度高，能夠長期穩定運行。

關鍵詞烘干倉傳感器觸摸屏組態

溫濕度監測是果穗烘干控制系統的重要組成部分，果穗烘干房間比較多、環境復雜、布線分散，給施工安裝和現場操作維修帶來很大麻煩。通常情況下，采用多點溫濕度巡檢儀表顯示各點溫濕度，由于巡檢儀表是多個通道依次顯示，時間間隔較長，不利于監測人員觀察和記錄數據，并且傳感器與儀表逐一進行接線，布線非常復雜。

本系統采用集散式控制方式，由觸摸屏和高精度溫濕度傳感器及一套嵌入式觸摸屏組態程序組成，能夠準確、迅速地將烘倉內的各點溫濕度實時采集到觸摸屏，并實時顯示在主界面上，供烘干工段進行科學管理，由RS-485總線組成的分布式監測系統，具有響應速度快、數據更新及時、抗干擾能力強且能進行長距離通信等優點，同時，RS-485通訊使得觸摸屏至傳感器之間的布線變得非常簡單，只要一根雙絞線即可，改變了原來繁瑣的布線方式，方便施工及日后檢修。

集散式智能溫濕度監測系統采用昆侖通態TPC1062KS觸摸屏，將果穗干燥間及主風道各個部位溫度濕度參數采集并上傳到控制室中，觸摸屏顯示每點溫濕度實時測量值、實時曲線，溫濕度歷史數據報表，根據設定溫濕度和烘干時間進行智能判斷，并作出操作提示、超標報警、圖表處理、報表打印等，可以設定數據存儲時間間隔，方便用戶隨時查詢所有歷史溫濕度數據。為了提醒操作人員掌握測量果穗水分的時間，特別加入了每個果穗干燥間果穗上下溫度差值和濕度差值報警，可以單獨進入單獨房間操作界面進行設置，報警限值可由操作人員根據實際工作狀態設定。

一、硬件設計

硬件結構如圖1。

圖1智能溫濕度監測系統硬件結構圖傳感器地址分配采用二進制編碼，觸摸屏自動對每個傳感器進行尋址，采集各路傳感器的溫濕度信號，并轉換成數字信號顯示在系統的主界面上，并按時間段進行存儲，生成溫度報表和曲線，供查詢和打印，同時對超過設定值的溫濕度值所對應的烘干倉進行報警。

昆侖通態的TPC1062KS型觸摸屏，是一套以嵌入式低功耗CPU為核心的高性能嵌入式一體化觸摸屏，ARM9內核、CPU主頻400 MHz、64M內存、128M存儲空間，屏幕為10.2英寸高亮度TFT液晶顯示屏，分辨率為800×400，預裝了MCGS嵌入式組態軟件，組態功能強大靈活，圖形庫豐富，支持U盤備份恢復，功耗低，抗干擾性能達到工業III級標準，運行可靠，可根據實際需要自由進行編程。

溫濕度傳感器選用昆侖海岸JWSL-6系列防護型一體化溫濕度變送器，該傳感器適用于灰塵等條件較差的場所的溫濕度測量，性能可靠。采用DC24 V供電，溫度量程為0～50 ℃；濕度量程為0～100%RH 。準確度：溫度為±0.5 ℃（0～50 ℃）；濕度為±3%RH，5%RH～95%RH，25 ℃。工作溫度為10～60 ℃。長期穩定性：濕度為﹤1%RH/y；溫度﹤0.1 ℃/y。響應時間﹤15 s（1 m/s 風速）。輸出信號：RS485網絡輸出型。安裝方式：壁掛式固定墻面。溫濕度傳感器RS-485輸出采用雙絞線與RS232/485轉換器連接，多個傳感器采用2芯0.5 mm2屏蔽雙絞線并聯。

溫濕度傳感器供電電源采用佛山威捷電子設備廠生產的數顯SY3003D線性直流電源兩臺，輸出電壓24 V，單臺輸出電流3 A，可以在滿負荷狀態下，長時間不間斷地使用，并具有安全保護功能。

烘干倉內布點如圖2：

圖2烘干倉內布點圖烘干倉內玉米裝倉高度為垂直篩板3 m高，所以在每個烘干倉的通風篩板中部位置向上4 m處安裝上部溫濕度傳感器，通風篩板下部0.5 m處安裝下部溫濕度傳感器，并把上下傳感器的對應接線端子并連接到485總線，多個溫濕度傳感器并聯后的總線直接進入控制室的RS232/485接口上，其他烘干倉接法相同。

二、軟件設計

嵌入式組態軟件的組態環境和模擬運行環境相當于一套完整的工具軟件，可以在PC機上運行。嵌入式組態軟件的運行環境則是一個獨立的運行系統，它按照組態工程中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態設計的目標和功能。運行環境本身沒有任何意義，必須與組態工程一起作為一個整體，才能構成用戶應用系統。一旦組態工作完成，并且將組態好的工程通過USB口下載到嵌入式一體化觸摸屏的運行環境中，組態工程就可以離開組態環境而獨立運行在TPC上。從而實現了控制系統的可靠性、實時性、確定性和安全性。

MCGS嵌入版生成的用戶應用系統，主要由設備窗口、用戶窗口、實時數據庫構成，設備窗口專門用來放置不同類型和功能的設備構件，實現對外部設備的操作和控制。設備窗口通過設備構件把外部設備的數據采集進來，送入實時數據庫，或把實時數據庫中的數據輸出到外部設備。用戶窗口中可以放置三種不同類型的圖形對象：圖元、圖符和動畫構件。通過在用戶窗口內放置不同的圖形對象，用戶可以構造各種復雜的圖形界面，用不同的方式實現數據和流程的“可視化”。實時數據庫相當于一個數據處理中心，同時也起到公共數據交換區的作用。從外部設備采集來的實時數據送入實時數據庫，系統其他部分操作的數據也來自于實時數據庫。

觸摸屏組態編程時，在用戶窗口中首先設計啟動窗口，即主界面窗口，觸摸屏啟動后自動登錄主界面窗口，啟動窗口包含溫濕度數據等所有信息。以每批干燥果穗800 t為例，一共16個干燥間，每個房間上下各設一個溫濕度采集點，主風道內在前部、中部、后部各設一個采集點，共35點。啟動窗口中，所有采集點的數據都顯示在上面，其中溫度上限報警設定為公共報警，點擊溫濕度上限報警后面的數字，出現對話框，操作人員可以設定數值。當某一點或幾點溫度超過設定值后，溫度顯示值閃爍，提示超溫。endprint

在主界面窗口中，按下每個房間的序號按鈕，則可進入相應的干燥間界面觀察詳細的參數情況，例如，按下“2#”鍵按鈕，則進入2#果穗干燥間溫濕度監測界面窗口，在這個窗口中，用形象化的烘干倉剖面圖表示出果穗干燥間上部、下部的溫度和濕度，并以不同的顏色顯示測量數字，窗口的右半部分繪制出溫濕度實時曲線，在同一個坐標系內以不同的顏色加以區分。特別設置了上下溫度差、濕度差報警，當上下溫度差或上下濕度差小于設定值時，此時“溫度差達到設定值，請檢測水分”或“濕度差達到設定值，請檢測水分”變為可見文字，并閃爍報警，同時，啟動窗口中的相應房間紅色報警指示燈或綠色報警指示燈也變成可見并閃爍報警。而且，我們還可以從溫濕度曲線圖上看出上下溫度曲線向一起靠攏，上下濕度曲線向一起靠攏，提醒操作人員檢查水分。溫度差下限報警設定和濕度差下限報警設定方法與啟動窗口中溫度上限報警設定相同。按下“返回”按鈕，可以回到啟動窗口，按下“上一頁”進入到1#果穗干燥間，按下“下一頁”進入到3#果穗干燥間，其余房間與此相同。

在啟動窗口中，按下“溫度（℃）數據報表”按鈕，或“濕度（%RH）數據報表”按鈕，進入相應界面窗口，組態編程時，設置每30 min保存數據一次，操作人員可在此界面上查詢歷史數據，并可打印報表。實際運行過程中，可以點擊“設置”按鈕，出現對話框，操作人員可以輸入需要查詢的時間范圍，就可以查詢輸入時間范圍內的所有歷史數據。

果穗烘干倉集散式智能溫濕度監測系統抗干擾能力強，能耗低，能夠長時間穩定運行。果穗烘干倉集散式智能溫濕度監測系統的應用，提高了種子加工過程的科學化管理水平，實現了生產過程的智能化、自動化，對于我國種業科技的快速發展具有重要意義。

參考文獻：

＼[1＼]楊寧，趙玉剛.集散控制系統及現場總線[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.

＼[2＼]何利民.嵌入式系統的定義與發展歷史[J].單片機與嵌入系統應用，2004（1）.

＼[3＼]鄭戍華，王向周，南順成，等.電阻式觸摸屏在智能儀表中的應用[J].儀表技術與傳感器，2003（1）.

＼[4＼]李方園.人機界面設計技術[M].北京：化學工業出版社，2008.

＼[5＼]周榮富，陶文英..集散控制系統[M].北京：北京大學出版社，2011.`（04）endprint

在主界面窗口中，按下每個房間的序號按鈕，則可進入相應的干燥間界面觀察詳細的參數情況，例如，按下“2#”鍵按鈕，則進入2#果穗干燥間溫濕度監測界面窗口，在這個窗口中，用形象化的烘干倉剖面圖表示出果穗干燥間上部、下部的溫度和濕度，并以不同的顏色顯示測量數字，窗口的右半部分繪制出溫濕度實時曲線，在同一個坐標系內以不同的顏色加以區分。特別設置了上下溫度差、濕度差報警，當上下溫度差或上下濕度差小于設定值時，此時“溫度差達到設定值，請檢測水分”或“濕度差達到設定值，請檢測水分”變為可見文字，并閃爍報警，同時，啟動窗口中的相應房間紅色報警指示燈或綠色報警指示燈也變成可見并閃爍報警。而且，我們還可以從溫濕度曲線圖上看出上下溫度曲線向一起靠攏，上下濕度曲線向一起靠攏，提醒操作人員檢查水分。溫度差下限報警設定和濕度差下限報警設定方法與啟動窗口中溫度上限報警設定相同。按下“返回”按鈕，可以回到啟動窗口，按下“上一頁”進入到1#果穗干燥間，按下“下一頁”進入到3#果穗干燥間，其余房間與此相同。

在啟動窗口中，按下“溫度（℃）數據報表”按鈕，或“濕度（%RH）數據報表”按鈕，進入相應界面窗口，組態編程時，設置每30 min保存數據一次，操作人員可在此界面上查詢歷史數據，并可打印報表。實際運行過程中，可以點擊“設置”按鈕，出現對話框，操作人員可以輸入需要查詢的時間范圍，就可以查詢輸入時間范圍內的所有歷史數據。

果穗烘干倉集散式智能溫濕度監測系統抗干擾能力強，能耗低，能夠長時間穩定運行。果穗烘干倉集散式智能溫濕度監測系統的應用，提高了種子加工過程的科學化管理水平，實現了生產過程的智能化、自動化，對于我國種業科技的快速發展具有重要意義。

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＼[5＼]周榮富，陶文英..集散控制系統[M].北京：北京大學出版社，2011.`（04）endprint

在主界面窗口中，按下每個房間的序號按鈕，則可進入相應的干燥間界面觀察詳細的參數情況，例如，按下“2#”鍵按鈕，則進入2#果穗干燥間溫濕度監測界面窗口，在這個窗口中，用形象化的烘干倉剖面圖表示出果穗干燥間上部、下部的溫度和濕度，并以不同的顏色顯示測量數字，窗口的右半部分繪制出溫濕度實時曲線，在同一個坐標系內以不同的顏色加以區分。特別設置了上下溫度差、濕度差報警，當上下溫度差或上下濕度差小于設定值時，此時“溫度差達到設定值，請檢測水分”或“濕度差達到設定值，請檢測水分”變為可見文字，并閃爍報警，同時，啟動窗口中的相應房間紅色報警指示燈或綠色報警指示燈也變成可見并閃爍報警。而且，我們還可以從溫濕度曲線圖上看出上下溫度曲線向一起靠攏，上下濕度曲線向一起靠攏，提醒操作人員檢查水分。溫度差下限報警設定和濕度差下限報警設定方法與啟動窗口中溫度上限報警設定相同。按下“返回”按鈕，可以回到啟動窗口，按下“上一頁”進入到1#果穗干燥間，按下“下一頁”進入到3#果穗干燥間，其余房間與此相同。

在啟動窗口中，按下“溫度（℃）數據報表”按鈕，或“濕度（%RH）數據報表”按鈕，進入相應界面窗口，組態編程時，設置每30 min保存數據一次，操作人員可在此界面上查詢歷史數據，并可打印報表。實際運行過程中，可以點擊“設置”按鈕，出現對話框，操作人員可以輸入需要查詢的時間范圍，就可以查詢輸入時間范圍內的所有歷史數據。

果穗烘干倉集散式智能溫濕度監測系統抗干擾能力強，能耗低，能夠長時間穩定運行。果穗烘干倉集散式智能溫濕度監測系統的應用，提高了種子加工過程的科學化管理水平，實現了生產過程的智能化、自動化，對于我國種業科技的快速發展具有重要意義。

參考文獻：

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