一種基于專家系統(tǒng)的智能環(huán)控軟件設(shè)計(jì)

朱秋君 李臻 曹泓

摘要：設(shè)計(jì)了一種基于專家系統(tǒng)的智能環(huán)控軟件，可以根據(jù)獲取的糧情數(shù)據(jù)，將散糧運(yùn)輸車車廂內(nèi)糧食的溫度和水分控制在一定范圍內(nèi)。該軟件引入了專家系統(tǒng)，不但可以提高系統(tǒng)的推理判斷和應(yīng)變能力，還可以提高通風(fēng)決策的智能化水平。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，該軟件的功能性符合設(shè)計(jì)要求，為智能散糧運(yùn)輸車管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：專家系統(tǒng);智能環(huán)控;軟件設(shè)計(jì)

0 引言

智能散糧運(yùn)輸車管理系統(tǒng)是為了更好地保障運(yùn)輸中糧食的安全而開發(fā)的智能測(cè)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是集糧情檢測(cè)、智能分析決策和通風(fēng)控制于一體的智能測(cè)控系統(tǒng)，使用數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)獲取車廂內(nèi)的糧食溫度和水分、空氣溫度以及車廂外的大氣溫度和濕度，智能環(huán)控軟件根據(jù)獲取的糧情數(shù)據(jù)來控制通風(fēng)裝置降溫降水，控制車廂內(nèi)糧食的溫度和水分在適宜儲(chǔ)存的范圍內(nèi)。

1 智能環(huán)控軟件設(shè)計(jì)原理

智能環(huán)控軟件的設(shè)計(jì)原理如圖1所示，主要包括5個(gè)流程：

（1）軟件首先從數(shù)據(jù)庫中提取車廂內(nèi)各傳感器檢測(cè)到的糧食溫度和水分?jǐn)?shù)據(jù)以及當(dāng)前空調(diào)和通風(fēng)窗的狀態(tài);

（2）根據(jù)糧情數(shù)據(jù)，軟件計(jì)算出糧食的平均溫度、平均水分、溫度梯度、RH1（糧堆溫度下空氣相對(duì)濕度）和RH2（糧堆的平衡相對(duì)濕度）等參數(shù);

（3）調(diào)用知識(shí)庫，通過推理機(jī)推理獲得針對(duì)當(dāng)前糧情的通風(fēng)類型和預(yù)估通風(fēng)時(shí)間，并判斷當(dāng)前糧情是否存在超標(biāo)情況，如果是，則啟動(dòng)糧情超標(biāo)報(bào)警機(jī)制;

（4）根據(jù)推理獲得的通風(fēng)策略和當(dāng)前通風(fēng)裝置的狀態(tài)，確定當(dāng)前的通風(fēng)控制措施，當(dāng)判斷完成通風(fēng)目標(biāo)時(shí)，將本次通風(fēng)過程中的通風(fēng)策略和通風(fēng)完成效果保存到事實(shí)庫列表中;

（5）最后將確定的通風(fēng)控制結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫表中傳送給智能終端，退出軟件。

2 智能環(huán)控軟件設(shè)計(jì)

2.1 ? ?專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

專家系統(tǒng)是一個(gè)智能程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，能夠利用專家的知識(shí)和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。知識(shí)庫和推理機(jī)是專家系統(tǒng)的核心，因此，專家系統(tǒng)可以抽象表示為專家系統(tǒng)=知識(shí)庫+推理機(jī)，但是隨著系統(tǒng)的不斷完善，其還包括知識(shí)獲取部分、人機(jī)接口、解釋機(jī)制和全局?jǐn)?shù)據(jù)庫等。圖2為智能環(huán)控軟件專家系統(tǒng)的工作原理。

2.2 ? ?知識(shí)庫維護(hù)工作流程設(shè)計(jì)

知識(shí)庫用于存儲(chǔ)某些領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專業(yè)知識(shí)，包括事實(shí)、可行操作和規(guī)則等。知識(shí)庫的維護(hù)功能是：根據(jù)智能終端發(fā)送的知識(shí)庫維護(hù)指令，可通過手動(dòng)輸入的方法插入新的規(guī)則條目;可以刪除規(guī)則庫中不再需要的規(guī)則條目;可以對(duì)通過試驗(yàn)獲得的事實(shí)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，編輯后作為新的規(guī)則加入到規(guī)則庫中，從而實(shí)現(xiàn)維護(hù)知識(shí)庫的真實(shí)性的目的。

2.3 ? ?推理機(jī)流程設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的專家系統(tǒng)采用正向推理機(jī)制，從已知的糧情事實(shí)數(shù)據(jù)出發(fā)，推理得到正確的通風(fēng)結(jié)論。規(guī)則庫在推理機(jī)制運(yùn)行前保存在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)推理機(jī)啟動(dòng)時(shí)，將規(guī)則庫數(shù)據(jù)讀出，此時(shí)規(guī)則對(duì)象指針開始指向第一條規(guī)則，然后根據(jù)糧情，逐條與規(guī)則條件和相關(guān)算法運(yùn)算進(jìn)行比較后，最終獲得同當(dāng)前糧情所匹配的規(guī)則進(jìn)行推理，作為最終結(jié)論;不匹配的無適用規(guī)則將被刪除，并將刪除的出錯(cuò)信息保存到故障表中。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

智能環(huán)控軟件開發(fā)完成后，為確保軟件能準(zhǔn)確、高效、實(shí)時(shí)地控制輸出，開展了試驗(yàn)驗(yàn)證工作。試驗(yàn)工作內(nèi)容包括數(shù)據(jù)庫讀取、運(yùn)糧倉溫度控制、運(yùn)糧倉濕度控制和數(shù)據(jù)庫寫入等。

試驗(yàn)考核對(duì)象主要包括溫度控制和濕度控制兩個(gè)方面：

（1）在智能化散糧車各模塊正常工作的情況下，測(cè)試智能環(huán)控軟件溫度控制的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性，試驗(yàn)通風(fēng)/降溫設(shè)備的控制操作是否正確，并記錄不同情況下達(dá)到溫度控制效果所花費(fèi)的時(shí)間等。

（2）在智能化散糧車各模塊正常工作的情況下，測(cè)試智能環(huán)控軟件濕度控制的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性，試驗(yàn)通風(fēng)/降濕設(shè)備的控制操作是否正確，并記錄不同情況下達(dá)到水分控制效果所花費(fèi)的時(shí)間等。

在不同的季節(jié)、溫度和天氣等外部條件下，對(duì)該系統(tǒng)的功能和控制精度進(jìn)行了大量的測(cè)試試驗(yàn)，并從運(yùn)糧倉溫濕度控制試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，抽取了一天的溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，畫出了運(yùn)糧倉溫度和濕度在該系統(tǒng)控制下的變化曲線，如圖3、圖4所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)將運(yùn)糧倉溫度和濕度控制在一定目標(biāo)溫度和濕度下的目的，并可以滿足溫度精度控制指標(biāo)（±2 ℃）和濕度精度控制指標(biāo)（±10%）。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于專家系統(tǒng)的智能環(huán)控軟件，可以對(duì)車廂內(nèi)的溫濕度進(jìn)行控制，通過實(shí)際試驗(yàn)，驗(yàn)證了該軟件的功能性符合設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)智能散糧運(yùn)輸車管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和技術(shù)的發(fā)展，智能環(huán)控軟件后續(xù)還可以增加對(duì)其他環(huán)境要素的控制。

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收稿日期：2020-05-07

作者簡(jiǎn)介：朱秋君（1986—），女，河南扶溝人，工程師，研究方向：軟件開發(fā)。