糧情測控系統通信技術的應用

The application of stored-grain condition monitoring and control system communication technology

◎李東方1，赫振方2（1.國貿工程設計院，北京　100037；2.國家糧食局科學研究院，北京　100037）

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糧情測控系統通信技術的應用

The application of stored-grain condition monitoring and control system communication technology

◎李東方1，赫振方2
（1.國貿工程設計院，北京100037；
2.國家糧食局科學研究院，北京100037）

1　糧情測控系統簡介

糧食在儲藏過程中受溫度、濕度、水分及其他因素的影響，可能出現發熱、霉變、蟲害滋生等情況.為了減少糧食儲藏過程中的損失，保障糧食的品質和質量，首先應該及時準確地掌握糧食儲藏過程中各種物理量的變化情況，找出其正常變化與異常變化的區別；同時，要根據糧堆中各種生態因子互相影響的規律分析糧情，給出經濟合理的解決措施的判斷，或者通過自動控制系統進行處理.能否正確檢測出糧情變化數據，能否正確分析、判斷異常變化，能否給出合理的處置建議，是保證儲糧安全的關鍵，也是處置措施是否經濟可行、能否達到節能減排要求的關鍵.

糧情測控系統是利用現代電子技術來實現糧食儲藏過程中對糧情變化的實時檢測、對實時檢測數據進行分析與預測、對異常糧情提出處理建議和予以控制的措施等，為安全儲糧提供技術保證和科學依據.

糧情測控系統由糧情測控硬件系統和糧情測控軟件系統兩部分組成，如圖1所示.

圖1　糧情測控系統組成示意圖

2　糧情測控系統通信方式的分類

2.1有線通信方式

主要采用RS-485總線技術、現場總線技術、工業以太網等.

2.1.1 RS-422/RS-485接口的應用

由RS-485接口構成的糧情測控系統示意圖如圖2所示.

2.1.2工業現場總線技術及其應用

2.1.2.1 CAN總線技術

CAN總線技術因其具有卓越的特性和極高的可靠性而廣泛應用于各種過程監測及控制領域.圖3所示的是CAN總線糧情測控系統的典型結構示意圖.

圖2　糧情測控系統構成框圖

圖3　CAN總線糧情測控系統結構示意圖

由系統結構示意圖中可以看出，在上位機與智能分機之間是由CAN總線連接的，并且在同一系統中可以存在多臺上位機.每個智能分機由單片機、A/D轉換電路和CAN通信電路組成，與溫度分線器、濕度分線器和通風控制器分別通過單根電纜連接，整個系統具有結構清晰、連接簡捷、系統容量大等特點.

2.1.2.2 LONWORKS技術

LONWORKS在糧情測控系統中的應用（結構、實施方案）網絡系統示意如圖4所示.

圖4　LONWORKS總線糧情測控系統結構示意圖

監控主機與測控分機（節點）通過同一傳輸介質——屏蔽雙絞線連接；從數據交換角度看，監控主機與各檢測分機對等（Peer to Peer），監控分機可在沒有監控主機的情況下獨立運行.監控分機（節點）通過分線器實現與測溫電纜的連接，從監控分機（節點）到分線器間的信號線長度可達500 m.監控分機（節點）設有標準信號接口，為測濕、測水、測氣體濃度等提供擴展接口.系統可分為管理監控層和現場級網絡兩部分.

2.2無線通信方式

2.2.1 GPRS無線通信的應用

GPRS無線通信在糧情測控系統中的應用（結構、實施方案）網絡系統示意如圖5所示，監控主機與測控分機（節點）通過GPRS無線通信模塊連接，無須像有線通信方式那樣所需的施工布線，組網靈活方便，擴容性好.

圖5　GPRS無線通信糧情測控系統結構示意圖

2.2.2射頻無線通信的應用

系統采用無線數傳模塊（見圖6），以某公司的產品為例，該模塊具有如下主要特點：①發射功率10～1 000 mW可調，自由使用，無須申請頻率.223～235 MHz數據傳輸專用頻段，工作頻帶寬，同頻干擾小.②環境適應性強，頻率穩定度高，工作頻率及發射功率在-35～+65℃工作環境溫度范圍內基本不變化，符合工業級產品標準.③功能完備，主要功能參數如頻率、功率、連續發射時限、頻響特性、靜噪深度、靜噪信號邏輯電平、數話切換邏輯電平、節電工作模式、傳輸速率、數據格式、地址碼等可進行設置.④3.5～13.8V直流供電電壓范圍，超低功耗，特別適合于采用太陽能供電的應用場合.⑤具有RS-232、RS-485及TTL多種通信接口可供選擇，適應面寬.

圖6　無線數傳模塊

2.2.3 ZigBee無線通信的應用

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議，是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通信技術.根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術.ZigBee的特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本，主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備.基于ZigBee技術的糧情測控系統結構示意圖如圖7所示.

圖7　基于ZigBee技術的糧情測控系統結構示意圖

ZigBee是一種高可靠的無線數傳網絡，類似于CDMA和GSM網絡，其數傳模塊類似于移動網絡基站.ZigBee是一個由可多到65 000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，在整個網絡范圍內，ZigBee網絡數傳模塊之間可以相互通信，每個網絡節點間的距離可以從標準的75 m無限擴展.

與移動通信的CDMA網或GSM網不同的是，ZigBee網絡主要是為工業現場自動化控制數據傳輸而建立的，因此ZigBee具有結構簡單、使用方便、工作可靠、價格低廉的特點.每個ZigBee網絡節點不僅本身可以作為監控對象（如其所連接的傳感器直接進行數據采集和監控），還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料.除此之外，每個ZigBee網絡節點（FFD）還可在自己信號覆蓋的范圍內與多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點（RFD）無線連接.

2.2.4電力載波無線通信的應用

如圖8所示，系統的通信信號在庫區現有的電力線同一回路上傳輸，無須單獨敷設通信電纜，可以節省大量電纜和工程費用，系統安裝維護簡單、方便、省時省力.因基于電力線通信，故不存在強電干擾，大大增強了系統的穩定性.

圖8　電力載波無線通信糧情測控系統結構示意圖

參考文獻：

[1]赫振方，李東方，等.儲糧新技術教程（第二篇）[M].北京：中國商業出版社，2001

[2]李東方，等.流程工業自動化儀表技術與應用匯編（第一章）[M].天津：天津科技翻譯出版有限公司，2011

摘要：隨著通信技術的發展，糧情測控系統也逐步采用了最新的通信技術，介紹了糧情測控系統常用的幾種通信方式.

關鍵詞：糧情測控系統；通信技術；應用

LI Dongfang1, He Zhenfang2
（1.Guomao Engineering Design Institute, Beijing 100037, China;
2.The Academy of Science of the State Administration of Grain, Beijing 100037, China）

Abstract：With the development of communication technology, stored-grain condition monitoring and control system use the latest communications technology gradually.Several normal communication modes of monitoring and control system were introduced.

Key words：Monitoring and control system of stored-grain condition; Communication technology; application

中圖分類號：TN914