摘要：常規(guī)機(jī)械通風(fēng)面臨：通風(fēng)時機(jī)難以把握；自動化程度較低；通風(fēng)能耗較高、效率較低，糧食水分損失嚴(yán)重等問題。通過人工智能和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)建設(shè)智能通風(fēng)系統(tǒng)，從而解決機(jī)械通風(fēng)面臨的問題。

關(guān)鍵詞：人工智能；計算機(jī)控制；智能通風(fēng)

中圖分類號：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）15-3588-03

在糧食儲藏過程中受糧食溫度、濕度、水分及其他因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)熱、霉變、生害等情況。為了達(dá)到減少糧食儲藏中的損失和保障糧食的質(zhì)量和品質(zhì)的目的，首先應(yīng)該準(zhǔn)確及時地掌控糧食儲藏中各種物理量的實(shí)時變化情況，找出其正常變化與異常變化的區(qū)別；同時，要根據(jù)糧堆中各種生態(tài)因子互相影響的規(guī)律分析糧情，給出經(jīng)濟(jì)合理的解決措施的判斷，或者通過自動控制系統(tǒng)進(jìn)行處理。能否正確檢測出糧情變化數(shù)據(jù)、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(guān)鍵，也是處置措施是否經(jīng)濟(jì)可行、能否達(dá)到節(jié)能減排要求的關(guān)鍵。基于以上需求，該文論述了儲糧智能通風(fēng)系統(tǒng)。智能通風(fēng)在我國糧庫糧食儲藏中起著重要作用，主要包括（通風(fēng)方式（機(jī)械、自然）降溫、降水、排積熱、補(bǔ)冷、保水、均溫）。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（見圖1）

2.2 系統(tǒng)功能構(gòu)成

儲糧智能通風(fēng)系統(tǒng)按系統(tǒng)功能分為：糧情檢測、糧情分析與糧情控制三部分。糧情檢測是對糧食儲藏過程中糧堆溫度、水分、儲糧害蟲密度、倉內(nèi)溫、濕度和大氣溫、濕度，以及各種氣體等基本檢測參數(shù)變化的記錄。把糧情傳感器所檢測到的糧堆內(nèi)的糧食溫度變化參數(shù)，通過測控分機(jī)、分線器、測控主機(jī)把數(shù)據(jù)上傳到主控計算機(jī)上，使工作人員隨時可以看到到糧倉內(nèi)的糧情變化，以便采取相應(yīng)的通風(fēng)措施，確保糧食倉儲過程中的安全。糧情分析是根據(jù)糧情分析數(shù)學(xué)模型，根據(jù)歷史檢測數(shù)據(jù)，自動歸納本地區(qū)糧溫變化規(guī)律，并結(jié)合當(dāng)前情況，自動確定當(dāng)前糧溫的正確走向和報警溫度閾限，提出糧情處理建議，克服人為因素對分析結(jié)論的措施。糧情通風(fēng)控制是通過上傳到主機(jī)的糧情參數(shù)判斷是否需要通風(fēng)及通風(fēng)時長控制的過程。根據(jù)通風(fēng)降水、降溫、調(diào)質(zhì)等目的，智能判斷通風(fēng)模型參數(shù)和智能控制通風(fēng)機(jī)等相關(guān)設(shè)備的開戶和關(guān)閉。智能通風(fēng)是當(dāng)糧食倉儲過程中出現(xiàn)不正常參數(shù)時，必須采取的措施之一。

2.3傳感器技術(shù)

國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成?！睖囟葌鞲衅魑覀冞x用美國半導(dǎo)體公司DALLAS生產(chǎn)的可組網(wǎng)式數(shù)字溫度傳感器DS1820。由于DS1820獨(dú)有的單線接口，所以它連接微處理器時只需要一條口線就能實(shí)現(xiàn)DS1820與微處理器的雙向通信；由于DS1820具有多點(diǎn)組網(wǎng)能力，可以通過多個DS1820并聯(lián)在三線上來實(shí)現(xiàn)多位置測溫；測溫范圍-55～+125℃，測溫分辨率達(dá)到0.5℃。DS1820測溫原理如圖2所示

濕度傳感器采用電容型濕敏傳感器，濕敏電容是指沉積在微玻璃上的金屬薄膜極板，電容介質(zhì)為親水性分子薄膜，其介質(zhì)系數(shù)根據(jù)環(huán)境濕度即時變化。RH相對濕度為100%時，電容容量大概在30—45pF之間變化，電容系統(tǒng)與濕度有較好的線性關(guān)系。因?yàn)殡娙萘啃?，信號變換時檢測電容變化需要要利用高頻電路，且對電路穩(wěn)定、靈敏度性要求很高，因此做成的傳感器也比較昂貴。

2.4數(shù)據(jù)通信技術(shù)

在不同計算機(jī)或不同系統(tǒng)之間主要采用串行通信或并行通信兩種通信方式。數(shù)據(jù)并行通信是指各個數(shù)據(jù)的同時傳送，用字和字節(jié)都能實(shí)現(xiàn)并行傳送，顯然，并行傳送相對速度高，就是傳送的距離比較短，通常小于10m；數(shù)據(jù)串行通信是數(shù)據(jù)每位有序傳送，因此僅用較少的信號便可實(shí)現(xiàn)不同計算機(jī)或系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換，顯然，串行傳輸速度較低，但擁有較長的傳送距離，一般可達(dá)幾十到幾千米。

串行通信分為同步和異步傳送兩種。異步通信中，每一個發(fā)送的數(shù)據(jù)字符都有起始位、奇偶位、停止位。通信數(shù)據(jù)不存在特殊關(guān)系，也沒有發(fā)送或接收時鐘。由高到低電平的起始位通知接收器開啟，同時在預(yù)期的數(shù)據(jù)間隔中間開啟時鐘以便鎖存脈沖。停止位是指字符傳送結(jié)束后返回標(biāo)志狀態(tài)。對于速度低的數(shù)據(jù)通信方式來說異步方式是理想的。同步通信時，數(shù)據(jù)需要一起傳送時鐘信息。數(shù)據(jù)中每個不斷連續(xù)的數(shù)據(jù)位都要由一個的基本數(shù)據(jù)時鐘來控制，并定時在特定某個時間間隔上。所以，時鐘可以通過單根信號進(jìn)行信號傳送。因此，相比較異步通信可知，信息中每個字符的開銷可以大大減少。

2.5 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

系統(tǒng)采用RS-485，RS-485用于多點(diǎn)互連時非常方便，可以省掉許多信號線，應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)。由RS-485接口構(gòu)成的糧情測控示意圖如圖3所示。

2.6模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)

A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）是模擬電路與數(shù)字電路的接口，它的功能是把模擬輸入的電壓量成比例地轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號，以便微型計算機(jī)能夠接收。在D/A轉(zhuǎn)換器的知識中我們知道，D/A轉(zhuǎn)換器是將已知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬信號，而A/D轉(zhuǎn)換器的知識中我們知道，D/A轉(zhuǎn)換器是將已知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬信號，而A/D轉(zhuǎn)換器是D/A轉(zhuǎn)換器的逆變換，這是已知一模擬信號，求其對應(yīng)的數(shù)字信號。因此，很容易想到，如果一個A/D轉(zhuǎn)換器的輸入模擬量和一個D/A轉(zhuǎn)換器的輸出的模擬量相等，那么D/A轉(zhuǎn)換器的輸入的數(shù)據(jù)即可看做是A/D轉(zhuǎn)換器要求的數(shù)字輸出。換句話說，一個A/D轉(zhuǎn)換器的基本構(gòu)成可由一個D/A轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)寄存器及一個電壓比較器組成，如圖4所示。

3 儲糧智能分析方法

3.1 糧溫數(shù)據(jù)的處理方法

糧溫數(shù)據(jù)一般包含了平均糧溫和獨(dú)立檢測點(diǎn)的糧溫。平均糧溫是指，將處于同一高度的獨(dú)立檢測點(diǎn)的溫度取平均值。其計算方法為： [T平均= Tn]，其中n為檢測點(diǎn)個數(shù)，T為該層單個檢測點(diǎn)的溫度值。利用平均糧溫可以對該層糧食的安全狀態(tài)進(jìn)行判別，但是由于受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的限制，當(dāng)個別點(diǎn)出現(xiàn)情況時，平均糧溫可能會發(fā)生漏報，且無法給出發(fā)生情況的位置信息，所以利用獨(dú)立檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù)優(yōu)勢更大。

3.2 簡單的糧情判別方法

簡單的糧情判別方法，是將糧堆中檢測溫度從存儲單元讀取，依據(jù)時間序列匯出糧堆溫度曲線，進(jìn)而判別糧堆的安全狀態(tài)。其判別依據(jù)為，設(shè)置該糧堆的最高臨界溫度[Tmax]，當(dāng)測定的溫度大于等于最高臨界溫度時，將糧堆的安全狀態(tài)設(shè)定為不安全，否則為安全。

3.3 新型糧情安全通風(fēng)判別參數(shù)

利用糧情預(yù)測經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，可以計算一些較為復(fù)雜的判別參數(shù)和動態(tài)的參數(shù)，取得更好的預(yù)測效果。利用糧堆溫度變化值和糧堆溫度變化閾值進(jìn)行判斷。糧堆溫度變化值[ΔT]，是指糧堆某檢測點(diǎn)的預(yù)測溫度[T預(yù)測]與實(shí)際檢測溫度[T]的差值，即：[ΔT=T-T預(yù)測]，式中，[T預(yù)測]有糧情預(yù)測模型計算機(jī)得到。糧堆溫度變化值，表征的是當(dāng)前時刻糧堆的實(shí)際溫度與預(yù)測溫度的偏離值，當(dāng)實(shí)際檢測溫度大于預(yù)測溫度時，該點(diǎn)的安全狀態(tài)已經(jīng)開始偏離正常。但是考慮到實(shí)際操作過程中預(yù)測溫度存在誤差，必須設(shè)置一個閾值，防止誤報和錯報。糧堆溫度變化闊值[ΔTmax]，當(dāng)[ΔT≥ΔTmax]時，則當(dāng)前該檢測位置的糧堆狀態(tài)判斷為不安全。

4 智能儲糧通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展趨勢

分析模型的完善化，一是通過機(jī)器學(xué)習(xí)功能，學(xué)習(xí)歷史數(shù)據(jù)、歸納變化規(guī)律，修正由于偶然因素造成的預(yù)測偏差，以自我完善分析模型。二是由于目前受到檢測方法以及多方面條件的限制，很多糧堆生態(tài)參數(shù)特別是生物參數(shù)還沒有完全融入到智能糧情分析系統(tǒng)中，目前無論是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦€是理論模型還需要進(jìn)一步完善，以便全面地從物理、化學(xué)、生物等多角度、多尺度地分析糧情變化規(guī)律。

智能通風(fēng)分析技術(shù)與儲藏專家系統(tǒng)更加融合。隨著分析模型的完善，以及調(diào)控措施逐漸升級，智能通風(fēng)分析技術(shù)與儲藏專家系統(tǒng)會形成一體化的分析與控制模塊，使用更加便捷。人工干預(yù)的成分會逐漸降低。當(dāng)智能通風(fēng)分析技術(shù)發(fā)展更加完善的時候，倉管人員對通風(fēng)過程的控制及工作強(qiáng)度逐步降低。

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