物聯(lián)網(wǎng)在鋼板糧倉設計中的應用

0 引言

“民以食為天”，糧食損耗是一種隱性問題，如何提高糧食的存儲質(zhì)量和延長糧食的存儲時間已成為急需解決的問題

。糧食損耗的主要原因有收獲作業(yè)的損耗，如收獲脫粒不徹底、收獲破損多、殘粒多，運輸過程損耗、長時間、遠距離運輸損耗大，存儲過程中發(fā)霉變質(zhì)、自然氧耗過多，加工脫皮過程中損耗大，以及浪費多等問題。本文主要討論糧食存儲過程中損耗過多的問題，其核心在于實時監(jiān)控糧倉內(nèi)環(huán)境條件，合理調(diào)整各類環(huán)境參數(shù)，才能解決糧倉內(nèi)的糧食因種類、氣候、地域環(huán)境等外部條件和糧倉內(nèi)部條件不斷變化而引起的有氧損耗和腐蝕變質(zhì)問題。

目前，國內(nèi)大型糧食企業(yè)存儲設備較多采用的是鋼板倉類，農(nóng)業(yè)合作社和大農(nóng)戶使用鋼板糧倉也呈上升趨勢。鋼板糧倉相較于傳統(tǒng)糧食存放方式，密閉性相對較好，結(jié)構牢固，防鼠、防蟲、防潮更有優(yōu)勢。鋼板糧倉其優(yōu)點是能夠把倉內(nèi)溫濕度等影響糧食存儲質(zhì)量的關鍵參數(shù)控制在合理范圍內(nèi)，從而大大延長存儲時間、提高存儲質(zhì)量。

鋼板糧倉目前自動化程度仍不高，其倉儲過程操作復雜，特別缺少遠程監(jiān)控與控制功能。通過多種傳感器采集糧倉內(nèi)的環(huán)境信息，使用物聯(lián)網(wǎng)模塊將糧倉內(nèi)的各類數(shù)據(jù)發(fā)送至云端服務器，并通過移動終端遠程對糧倉的通風設備進行自動化控制，可以實現(xiàn)對糧倉內(nèi)環(huán)境條件的實時監(jiān)控和管理，從而達到減損的目的。

1 研究成果和意義

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

早期的糧倉環(huán)境監(jiān)測主要是人工對溫濕度進行抽檢，這種方式欠缺時效性，效率低而且準確性差，已經(jīng)不能適應現(xiàn)代化要求。當監(jiān)測到環(huán)境不符合存儲條件時，再進行大規(guī)模倒糧。而鋼板糧倉能夠通過移動風機等改變存儲環(huán)境，從而大大節(jié)省勞動力。

所謂生物油是指通過快速加熱的方式在隔絕氧氣的條件下使組成生物質(zhì)的高分子聚合物裂解成低分子有機物蒸氣，并采用驟冷的方法，將其凝結(jié)成液體。目前，微藻生物油的制備主要有熱解和水熱液化兩種方式[44]。

鋼板糧倉技術興起于歐美，到1982年，黑龍江省洪河農(nóng)場開始使用鋼板式糧食倉儲系統(tǒng)。隨著技術的發(fā)展，糧倉內(nèi)開始加裝檢測設備，并在糧倉底部加裝加熱通風裝置，以調(diào)整鋼板倉內(nèi)環(huán)境條件，使溫度維持在5～15 ℃，減緩糧食損耗。到20世紀80年代后期，出現(xiàn)了溫濕度檢測系統(tǒng)，通過布置溫濕度傳感器，檢測糧倉內(nèi)部的溫度和濕度，但故障率高，精度有限。進入20世紀90年代后，出現(xiàn)了串行數(shù)據(jù)總線和集成電路控制系統(tǒng)，進一步提高了穩(wěn)定性和精度。近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術應用越來越廣泛，這使得鋼板糧倉物聯(lián)網(wǎng)控制已成為可能。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)應用到鋼板倉中的意義

發(fā)達國家的產(chǎn)糧大國，其鋼板倉糧食儲存與監(jiān)控技術已經(jīng)比較完善和成熟。通過使用各類傳感器與微控制系統(tǒng)相結(jié)合，把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并進行指令控制。由于數(shù)字信號的抗干擾性強，可以進行遠距離傳輸，能夠保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和精準性，使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強。對于糧食存儲安全特別是溫濕度環(huán)境監(jiān)控、通風調(diào)節(jié)的控制方面，通過上位機、傳輸系統(tǒng)、下位機的方式，也逐漸實現(xiàn)自動化、遠程化、數(shù)據(jù)化。

數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計的基礎，為降低運營成本，采用云端數(shù)據(jù)庫。利用云端數(shù)據(jù)庫大容量高速度的特性，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的采集、分析、處理。通過大數(shù)據(jù)，為后期鋼板糧倉倉儲研究提供了數(shù)據(jù)支撐。通過數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行處理，發(fā)送至手機APP端實現(xiàn)實時監(jiān)控和對下位通風模塊控制。鋼板糧倉存儲主要通過通風干燥來保證糧食存儲安全。鼓風機主要負責通風，加熱模塊降低水分含量

。根據(jù)不同類型糧食存儲情況，合理確定通風加熱時間，采用自動控制，降低勞動強度。

目前，鋼板糧倉市場規(guī)模迅速擴大，也有一部分數(shù)據(jù)監(jiān)測與自動控制技術，主要應用于大型糧食收儲企業(yè)，系統(tǒng)結(jié)構復雜，造價高。隨著農(nóng)業(yè)合作社和大農(nóng)戶的興起，鋼板糧倉應用越來越多，也是糧食存儲的趨勢，未來將呈現(xiàn)井噴式發(fā)展。面向農(nóng)業(yè)合作社和大農(nóng)戶的鋼板糧倉大數(shù)據(jù)采集和控制技術還不夠成熟，特別是面向普通農(nóng)民使用手機APP監(jiān)測和控制的技術較少。本方案是模擬糧倉環(huán)境，通過各類傳感器采集相應的數(shù)據(jù)，并使用IoT技術發(fā)送數(shù)據(jù)，云端服務器匯總數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行分類處理，手機APP顯示數(shù)據(jù)并發(fā)送控制指令，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)糧倉內(nèi)溫濕度。通過不同環(huán)境設置，模擬糧倉內(nèi)部各類情況，驗證傳感器采集數(shù)據(jù)準確性，IoT發(fā)送數(shù)據(jù)準確性，云端服務器收集數(shù)據(jù)分析處理數(shù)據(jù)可靠性，手機APP查看數(shù)據(jù)并指令控制，控制系統(tǒng)對糧倉內(nèi)部進行溫濕度調(diào)節(jié)。

鋼板倉內(nèi)環(huán)境參數(shù)的變化主要受儲存糧食的影響。不同糧食種類、不同地區(qū)、不同環(huán)境溫度、不同時間需要的儲藏環(huán)境各不相同。通過收集倉內(nèi)環(huán)境參數(shù)變化，形成農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，可以作為分析研究延長農(nóng)產(chǎn)品儲存時間，求解最優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品存儲環(huán)境參數(shù)提供依據(jù)。目前，我國糧食產(chǎn)量連年豐收，各地收獲存儲糧食方式各有不同，通過整體的大數(shù)據(jù)方式收集各類不同參數(shù)，能為我國大范圍高層次的糧食存儲實現(xiàn)大數(shù)據(jù)收集、分析、共享、決策等不同功能，為藏糧于技提供技術支撐和數(shù)據(jù)支持。

2 發(fā)展趨勢

根據(jù)我國糧食保護法規(guī)定，需要每個月對糧食儲存環(huán)境進行定期抽樣檢查。在以往的生產(chǎn)中，大多采用人工檢測，這種檢測方法，費時、費工、費力，還會因為檢查取樣不徹底造成漏檢問題，無法測量存儲核心區(qū)域溫濕度變化，容易造成糧食發(fā)霉變質(zhì)，是糧食在存儲環(huán)節(jié)損耗的主要原因。因此，通過物聯(lián)網(wǎng)實時發(fā)送鋼板倉內(nèi)環(huán)境參數(shù)，精準控制是經(jīng)濟、高效和必要的。不同的糧食適宜的存儲環(huán)境是不一樣的，主要影響參數(shù)有溫度、濕度等。配合傳感器參數(shù)，通過云數(shù)據(jù)，發(fā)送到手機端，使用下位機直接控制通風加熱裝置，根據(jù)環(huán)境的溫濕度等自動判斷是否需要加熱，能夠降低工作強度，提高工作效率。

但是現(xiàn)有的設計在使用中仍面臨著諸多問題，例如，倉內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)實時獲取困難、不能夠手機端遠程查看糧食存儲情況、個人服務器成本高等。本設計借助云端服務器，使用SQL數(shù)據(jù)庫收集倉內(nèi)大數(shù)據(jù)并設計了基于Android的手機APP，能夠及時監(jiān)控倉內(nèi)環(huán)境，并通過手機端APP可以發(fā)送簡短的控制指令，實現(xiàn)了糧食存儲的遠程和自動化控制。

3 結(jié)構設計

3.1 設計理念

通過不同環(huán)境設置，模擬糧倉內(nèi)部各類情況，驗證傳感器采集數(shù)據(jù)準確性、IoT發(fā)送數(shù)據(jù)準確性、云端服務器收集數(shù)據(jù)分析處理數(shù)據(jù)可靠性，手機APP查看數(shù)據(jù)并指令控制，控制系統(tǒng)對糧倉內(nèi)部進行溫濕度調(diào)節(jié)。

主要思路為制作鋼板糧倉數(shù)據(jù)采集裝置，包括傳感器、物聯(lián)網(wǎng)模塊、下位控制模塊、云端服務器、手機端APP軟件等，能夠模擬鋼板糧倉內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)變化，控制通風加熱。配置云端服務器，實現(xiàn)鋼板糧倉內(nèi)部數(shù)據(jù)收集、整理、分析。通過手機APP數(shù)據(jù)，及時了解鋼板糧倉內(nèi)部情況，手機端APP控制下位通風系統(tǒng)，實現(xiàn)遠距離控制。

鋼板糧倉的結(jié)構相對于大型糧庫倉儲來說不算龐大，其直徑多為幾米到十幾米，倉儲容量從幾百噸到千余噸，萬噸級農(nóng)戶較少使用。多數(shù)農(nóng)業(yè)合作社使用的是多個糧倉組團的方式進行存儲。對于單個鋼板倉，主要結(jié)構有鋼板倉本體、通風加熱裝置、進糧口、出糧口等。其內(nèi)部空間小，傳感器布置量不宜過多。對于組團式鋼板倉群體，可以使用設備互聯(lián)的方式進行組網(wǎng)式連接，形成數(shù)據(jù)收集和控制共用一端的方法，這樣可以大大節(jié)省各單個鋼板倉物聯(lián)網(wǎng)模塊布局和聯(lián)網(wǎng)成本。從單個鋼板糧倉來說，主要布置濕度傳感器、溫度傳感器和CO

傳感器，溫濕度對于存儲來說是重要參數(shù)，布置過多成本高，布置過少檢測不到位，合理布置傳感器是一項重要內(nèi)容。傳感器收集的數(shù)據(jù)必須進行匯總處理與發(fā)送，采用ZigBee技術的CC2530模塊具有體積小、價格低、組網(wǎng)方便、適配模塊多、數(shù)據(jù)接口多等特點，非常適合用于鋼板倉單體數(shù)據(jù)發(fā)送與組網(wǎng)。數(shù)據(jù)從物聯(lián)網(wǎng)模塊通過手機后需要發(fā)送到云端服務器，目前的阿里云、電信云等產(chǎn)品成熟，可視化配置操作方便，適宜大數(shù)據(jù)收集與運算。在物聯(lián)網(wǎng)模塊與數(shù)據(jù)云服務器之間的通訊采用GPRS技術，這不僅是因為GPRS價格低廉、組網(wǎng)方便、不受空間和地理位置限制、信號強，且相對于無線Wi-Fi和有線網(wǎng)絡來說，更容易布置和實施。對于多個鋼板糧倉，ZigBee組網(wǎng)優(yōu)勢更加明顯。其功率小，連接距離遠，無線組網(wǎng)速度快，特別適合多個鋼板倉之間數(shù)據(jù)互享通信和共同控制，只需要有一臺物聯(lián)網(wǎng)設備使用GPRS連接到云服務器，即可實現(xiàn)整個組團鋼板糧倉集合控制，非常利于大農(nóng)戶多倉儲糧結(jié)構，其成本低廉。傳感器數(shù)據(jù)通過ZigBee技術的CC2530模塊通過GPRS發(fā)送到云端服務器后，需要在云端服務器進行運算，即對數(shù)據(jù)進行處理和監(jiān)測，這些數(shù)據(jù)將作為對鋼板倉通風加熱系統(tǒng)控制的重要依據(jù)，控制方式可為自動控制或人工控制。自動控制即根據(jù)糧食屬性人為設置閾值，進行自動反饋控制，控制指令通過云端服務器直接經(jīng)由GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)模塊，物聯(lián)網(wǎng)模塊對指令進行分析后反饋到執(zhí)行端口對加熱和鼓風裝置進行控制。人工控制即在云端服務器設置閾值，經(jīng)由GPRS或其他網(wǎng)絡發(fā)送到手機APP端或短信通知中，由人工發(fā)送指令到云端服務器再到物聯(lián)網(wǎng)控制端，也可自動控制與人工控制相結(jié)合，既有預警又有干預。

3.2 設計內(nèi)容

使用物聯(lián)網(wǎng)模塊數(shù)據(jù)發(fā)送，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)由物聯(lián)網(wǎng)模塊到云端服務器的發(fā)送。對于農(nóng)業(yè)合作社和大農(nóng)戶而言，鋼板糧倉位置較偏遠，多處于有線網(wǎng)絡覆蓋率低的農(nóng)場農(nóng)田地區(qū)，有線網(wǎng)絡覆蓋不足，考慮鋼板糧倉設計要求，通過使用無線數(shù)據(jù)傳輸技術和物聯(lián)網(wǎng)卡，降低了使用費用，增加了糧倉布置便利性。為滿足用戶手機APP登錄控制操作需求，采用成本更加低廉和方便的GPRS傳輸技術。CC2530芯片運行功耗低、組網(wǎng)距離遠、自動組網(wǎng)、接口多，既可以組接多個傳感器，又可以通過數(shù)據(jù)端口連接GPRS模塊進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。多個物聯(lián)網(wǎng)模塊組網(wǎng)，只需要設置一臺為協(xié)調(diào)器，其余設置為終端即可，其組網(wǎng)方式簡單可靠。

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的感知端。對于糧食存儲來說，溫度、濕度等都會影響糧食存儲，不同谷物如稻谷、玉米、大豆、小麥等對于存儲要求也不盡相同。鋼板倉內(nèi)用傳感器系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，通過優(yōu)化傳感器的布局規(guī)劃，減少傳感器數(shù)量，降低成本

。不同類型傳感器布局也會影響數(shù)據(jù)采集可靠性和準確性，合理布局傳感器，優(yōu)化傳感器配置，降低建設成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。溫濕度傳感器可以采用DHT11或者DHT22等型號，其為數(shù)字式溫濕度傳感器，溫濕度檢測范圍大，精度高，完全能夠滿足糧食存儲需要。

本組收治的患者共20例,男14例,女6例,年齡在17-62歲之間,平均年齡(42.26±2.15),全部患者均符合肺膿腫的診斷標準。其中吸入性肺膿腫患者13例,血源性肺膿腫患者4例,繼發(fā)性肺膿腫患者3例。患者的主要臨床表現(xiàn)為起病急驟、高熱、寒戰(zhàn)、咳嗽、胸痛、氣急等。

3.2.1 傳感器分布優(yōu)化

3.2.3 云端數(shù)據(jù)庫設計與搭建

3.2.2 物聯(lián)網(wǎng)模塊數(shù)據(jù)發(fā)送

鎮(zhèn)機關干部職工六十多人，班子成員和副科級以上就有十九個，宿舍樓只有二十四套。在當時，能不能入住是身份地位的象征，年齡、工齡、任職年限是分房（包括選擇樓層、朝向）的依據(jù)。盡管只有五套分給中層干部，但接下來還有平房的重新分配，還有享受福利分房的“半邊戶”（配偶是農(nóng)村戶口）工作人員。盡管是平房，進門就是客廳，也是水泥地面白灰墻，還有防蚊子蒼蠅的紗門紗窗，頂上釘著天花板，打架的老鼠掉不下來，屋后過道設有專門的廚房。這在當時是從單一的“宿舍”朝舒適、方便居住的生活理念的一個巨大轉(zhuǎn)變。住房就像是貼在機關大門口的布告昭然若揭，一看就能分別出三六九等。

(6)穩(wěn)定運行8 h后，對液硫外輸泵(P-303)出口的液硫和氣相分別取樣，分析液硫中硫化氫含量、酸度以及氣相中硫化氫含量。

3.2.4 手機APP開發(fā)

手機APP端主要接受云端數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，實時顯示糧倉內(nèi)各類數(shù)據(jù)。使用JAVA語言，通過Eclipse軟件開發(fā)Android手機端APP

。通過手機APP對數(shù)據(jù)實現(xiàn)了遠程監(jiān)控并進行遠程控制，及時了解鋼板糧倉內(nèi)部情況，手機端APP控制下位通風系統(tǒng)，通過遠程控制開啟風機和加熱模塊，實現(xiàn)遠距離控制，降低了勞動強度，有效解決農(nóng)民老齡化問題。

對兩組研究對象的診斷結(jié)果對比，CT掃描組中研究對象能夠進行確診的總共有13例，跟臨床結(jié)果進行對比的確診概率為65%；磁共振組中研究對象能夠進行確診的總共有18例，跟臨床結(jié)果進行對比的確診概率為90%。通過對比發(fā)現(xiàn)，兩組之間的診斷結(jié)果的數(shù)值比較具有統(tǒng)計學的意義（P＜0.05）。

習近平在2013年的全國宣傳思想工作會議上指出，宣傳思想工作必須鞏固馬克思主義在意識形態(tài)領域的指導地位，要把系統(tǒng)掌握馬克思主義基本理論作為“看家本領”。高校思政課擔負著向大學生宣傳馬克思主義理論的任務，要發(fā)出好聲音，形成正能量。嚴峻的就業(yè)形勢、功利主義思潮的蔓延、大學生自身認識的局限，對思想政治教育（以下簡稱“思政教育”）提出了嚴重挑戰(zhàn)。幫助大學生認清時代特點，樹立正確的世界觀、人生觀，是高校思政教育的重要內(nèi)容。

4 結(jié)語

減損就是增產(chǎn)，是農(nóng)民收入增加和農(nóng)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的重要依托，實現(xiàn)糧食減損任重道遠，既要考慮成本和可操作性，又要兼顧環(huán)境、地域和糧食種類等因素。以信息技術為助力，結(jié)合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)知識，不斷拓展農(nóng)業(yè)信息化和多元化的科學領域，進一步保障國家糧食安全。

[1] 史巖.民以糧為安——關于我國糧食安全問題的思考[J].華北自然資源,2020(6):133-134.

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