CN100565125C - 粮情在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粮情在线监测系统，包括至少一检测装置，一粮仓设一检测装置，检测装置壳体上设有气体采集出入口，壳体内设有接远程监控终端的检测电路，每一检测装置壳体旁设置至少一电磁阀，电磁阀阀杆接对应检测装置内检测电路，电磁阀的一气体流通端接对应检测装置气体采集入口，另一气体流通端连有的气管输入端口放在相应采集点处。检测电路包括单片机、温湿度传感器、二氧化碳传感器和微型气泵。温湿度传感器、二氧化碳传感器分设于壳体内第一、第二检测气室内，空气过滤器、第一、第二检测气室、微型气泵相连并设于气体采集出入口间。本发明适用于储粮真菌及害虫危害早期检测、粮仓中通风效果评价，保障了粮库管理人员的安全。

Description

粮情在线监测系统

技术领域

本发明涉及一种监测系统，具体地说，是涉及一种针对由真菌和害虫引起的粮堆温湿度和二氧化碳含量变化情况进行监视测量的监测系统。

背景技术

我国是一个粮食生产大国，2000年粮食产量为9500多亿斤，人均占有量为700多斤，2007年已突破10000亿斤大关。储粮质量安全事关我国国民经济发展和社会安定，与民生息息相关，它一直得到党和政府领导的高度关注。目前我国现有国家和地方粮库上千个，分布于全国各地。在我国引起储粮的损失主要有鼠、害虫和真菌，近年来，随着我国粮库建设资金投入的增大，储粮条件得到了明显的改善，加之一些新技术的应用，我国储粮鼠和害虫的危害已可得到有效的预治。但储粮真菌的危害一直未得到解决，它影响了我国的储粮安全。目前，我国粮库中粮情检测主要用测粮温的方法进行粮情预测，这种方法用于粮情预测存在如下几点不足：1)粮食是一种不良导体，通过对粮食进行测温的方法来预测粮情，存在着严重的滞后性，使工作人员不能及时采取措施处理；2)有些真菌在生长过程中产生热量很低，如灰绿曲霉，所以无法用目前的测粮温方法进行全面的储粮真菌危害的预测；3)该测粮温方法严重受环境因素影响，精度不高；4)测定温度范围小。因此，设计出一种快速、准确、检测范围大的粮情监测系统，对解决目前我国粮情检测方面存在的问题以及减少储粮损失，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粮情在线监测系统，该系统可对粮仓内的多个采集点顺序进行二氧化碳含量和温湿度检测，检测精度高，可对整体粮仓的储粮情况进行及时预报，有力保证了粮食仓储质量，提高了我国储粮安全级别。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种粮情在线监测系统，其特征在于：它包括一个远程监控终端和至少一个检测装置，一个检测装置设置在一个粮仓内，其中：该检测装置包括壳体，该壳体上设有气体采集入口和气体采集出口，该壳体内设有检测电路，该检测电路与该远程监控终端相连，每一个检测装置的壳体旁设置至少一个电磁阀，该电磁阀的阀杆与对应的该检测装置内的检测电路相连，该电磁阀的一个气体流通端经一气管与对应的该检测装置壳体上的气体采集入口相连，该电磁阀的另一个气体流通端连接有另一气管，该另一气管的输入端口放置在相应的采集点处；该检测电路包括单片机、温湿度传感器、二氧化碳传感器和微型气泵，该温湿度传感器和二氧化碳传感器均与单片机相连，该单片机通过第一功率驱动单元与微型气泵相连，该单片机通过第二功率驱动单元与该电磁阀的阀杆相连，该单片机通过RS232接口或USB接口与该远程监控终端相连；该检测装置壳体内设有空气过滤器、第一检测气室和第二检测气室，该温湿度传感器设于第一检测气室内，该二氧化碳传感器设于第二检测气室内，该空气过滤器、第一检测气室、第二检测气室、微型气泵通过气道相连，并设于该气体采集入口与该气体采集出口之间。

本发明的优点是：

1、根据实际检测要求，本发明粮情在线监测系统可对同一个粮仓内的多个采集点顺序进行检测，从而用多个采集点检测的二氧化碳含量和温湿度来评价该粮仓的储粮情况，使得粮情预报更加准确及时。而且，每个采集点的气体采集是通过单向阀来控制的，所以，操作人员可根据检测的需要来选择预检测的采集点。

2、考虑到气泵属于功率元件，在叶轮高速旋转抽入样品气体的过程中，气泵会散发热量，散发的热量会对样品气体的温度产生影响，所以，本发明中检测装置的气路设计采用泵后置方式，即将微型气泵设置在气路的最末端(指设置在空气过滤器、第一检测气室、第二检测气室的后面)，采用强排方式对样品气体进行采样，这种气路设计不仅可以达到抽取样品气体的目的，而且不会影响气体温度检测的精确度。

3、由于第一检测气室的进气口远离其内设置的温湿度传感器的探头，温湿度传感器的探头平行于第一检测气室内的空气流动方向放置，且第一检测气室的进气口与出气口错位设置，这种气室构造和探头摆放的设计使得进入第一检测气室的气体流速减慢，温湿度传感器充分接触气室内的气体，从而使温湿度传感器的检测更加准确。

4、由于真菌或害虫在粮堆生长过程中会产生大量CO2、水和热量，所以，本发明通过检测粮堆中CO2、温度和湿度的变化来判断粮堆中真菌或害虫的危害，本发明预测出的结果不存在滞后性，使得工作人员能及时地采取措施处理，而且通过本发明进行粮情检测受环境因素的影响较小，检测范围大。

4、本发明适用于产生热量很低的储粮真菌危害的检测，如检测生长过程中产生热量很低的灰绿曲霉。

5、本发明粮情在线监测系统的操作简便，检测速度快，检测结果准确，可满足我国粮库粮情检测的需要。

本发明粮情在线监测系统适用于储粮真菌及害虫危害早期检测、粮仓中通风效果评价，保障了粮库管理人员的安全。

附图说明

图1是本发明粮情在线监测系统的组成示意图；

图2是检测电路及其连接的外部器件的组成方框示意图；

图3是检测装置中的气路连接示意图；

图4是检测装置中的第一检测气室的结构示意图；

图5是检测电路的电路原理图；

图6是本发明的一实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明粮情在线监测系统包括一个远程监控终端100和至少一个检测装置300，一个检测装置300设置在一个粮仓500内。该检测装置300包括壳体(图中未示出)，该壳体上设有气体采集入口(图中未示出)和气体采集出口(图中未示出)，该壳体内设有检测电路，该检测电路与该远程监控终端100相连，每一个检测装置300的壳体旁或壳体内设置至少一个电磁阀400(图1示出的是壳体旁安装电磁阀的情形)，该电磁阀400的阀杆(即图1所示的con端，图1中仅对一个电磁阀的三个连接端进行了符号标注，其它电磁阀的标注省略)与对应的该检测装置300内的检测电路相连，该电磁阀400的一个气体流通端(即图1所示的b端)经气管与对应的该检测装置300壳体上的气体采集入口相连，该电磁阀400的另一个气体流通端(即图1所示的a端)连接有气管，该气管的输出端口放置在相应的采集点处。如图1所示，在每一个粮仓500内的检测装置300旁均安装了n个电磁阀400，该n个电磁阀400的一个气体流通端(即图1所示的b端)相并联接于检测装置300壳体上的气体采集入口处，该n个电磁阀400的另一个气体流通端(即图1所示的a端)均连接有气管，且该气管的输入端口放置在粮仓内的n个不同的采集点处。

如图2所示，该检测电路包括单片机301、温湿度传感器302、二氧化碳传感器303和微型气泵304。该温湿度传感器302和二氧化碳传感器303均与单片机301相连，该单片机301通过第一功率驱动单元305与微型气泵304相连，该单片机301通过第二功率驱动单元401与电磁阀400的阀杆(即图1所示的con端)相连，该单片机301通过RS232接口或USB接口101与远程监控终端100相连。单片机301主要负责电磁阀400的通断控制、气体样品的提取采集、数据处理和数据存取等任务，温湿度传感器302用来检测粮堆空气的温湿度情况，二氧化碳传感器303用来检测粮堆空气的二氧化碳含量，而微型气泵304用来将粮仓空气抽取到气室中，以便各传感器对气体进行测量。在实际应用时，单片机301可选用STC系列STC12C5410AD微处理器，微型气泵304可选用GMPA-3型微型气泵，温湿度传感器302可选用SHT7X数字集成温湿度传感器，该传感器的检测温度范围大，而因二氧化碳含量是表征粮食呼吸功能强弱的重要指标，对二氧化碳的测量精度要求较高，故二氧化碳传感器303可选用美国GE公司的6004型红外CO2传感器测量模块。为了使抽取的气体不会倒流回粮仓内，电磁阀400可选用单向阀，当电磁阀400打开时，粮仓内采集点处的空气从气管输入端口被吸入，经电磁阀400的两个气体流通端(由a端至b端)后被抽入检测装置300内，当电磁阀400关闭时，采集点处的空气不会被抽入检测装置300内。

本发明粮情在线监测系统主要是对粮仓里的气体进行采样测量，因此需要一套精密的气路来对气体进行提取。如图3所示，检测装置300壳体内还设有空气过滤器306、第一检测气室307和第二检测气室308，温湿度传感器302设于第一检测气室307内，二氧化碳传感器303设于第二检测气室308内，该空气过滤器306、第一检测气室307、第二检测气室308、微型气泵304通过气道309相连，并设于气体采集入口与气体采集出口之间。

在气路设计中，微型气泵的安装可有两种方式：第一种是将微型气泵304安装在气路的最前端，即安装在空气过滤器306与第一检测气室307之间，其负责将气体抽入安装有传感器的气室中；第二种是将微型气泵304安装在气路的最末端，即第二检测气室308之后，其负责将气体抽入气路，并将气路中的气体强制排出整个气路。在实际应用时，考虑到微型气泵304属于功率元件，气泵提取气体主要是靠高速旋转的叶轮，叶轮在旋转过程中会发热，而散发的热量可能会使抽入的气体温度上升，势必会影响气体温度的测量，因此，在本发明中，检测装置300内的微型气泵304采用第二种方式安装，如图3所示，气体采集入口经气道309与空气过滤器306的进气口相连，空气过滤器306的出气口经气道309与第一检测气室307的进气口相连，第一检测气室307的出气口经气道309与第二检测气室308的进气口相连，第二检测气室308的出气口经气道309与微型气泵304的输入口相连，微型气泵304的输出口对应气体采集出口放置。可见，微型气泵304设置在了气路的最末端，样品气体被各传感器测量后才经微型气泵304排出检测装置300的壳体，我们将该气路称为强排式气路形式。

气室被串联在气路中的目的主要是用来缓冲流动的样品气体，从而为气室内的传感器提供一个稳定的采样测量环境。6004型二氧化碳传感器303本身带有气室(即图3所示的第二检测气室308)，而SHT7X温湿度传感器302本身不带有气室，故在本发明中，对其内安装有温湿度传感器302的第一检测气室307进行了结构设计。考虑到气流对温湿度测量的影响较大，因此，如图4所示，将第一检测气室307的进气口3071远离其内设置的温湿度传感器302的探头3021，且使温湿度传感器302的探头3021平行于第一检测气室307内的空气流动方向放置。为了使气体较长时间地在气室中停留，将第一检测气室307的进气口3071与出气口3072错位设置，如图4，进气口3071较低，出气口3072较高，进气口3071与出气口3072不相对设置。

如图5所示，在检测电路中，单片机U1(即图2的单片机301)的一个IO引脚P1.0/ADC0与二氧化碳传感器303的输出端AVOUT相接，单片机U1的另两个IO引脚P2.5和PCA3/P2.4分别与温湿度传感器302的串行时钟输入端SCK、串行数据输入输出端DATA相接。一般，传感器对气体流量是有要求的，气体流量过大或过小均会影响传感器的测量精度，因此，在检测电路中设计了可调节流量并对微型气泵304进行功率驱动的第一功率驱动单元305。第一功率驱动单元305为一个PMOS晶体管V1，该PMOS晶体管V1的栅极经一个电阻R2与单片机U1上与其相对应的一个IO引脚P3.7/PCA0相接，该PMOS晶体管V1的源极接地，该PMOS晶体管V1的漏极与微型气泵304的控制端MOTOR相接。单片机U1通过控制第一功率驱动单元305而电压调节气泵的转速，从而控制气路中气体流量的大小。第二功率驱动单元401由驱动芯片U2(选用ULN2803芯片)组成，该驱动芯片U2的输入端与单片机U1上与其相对应的IO引脚相接，该驱动芯片U2的输出端与电磁阀400的阀杆CON相接。图5示出了为检测装置设有6路采集通道的情形，即一个检测装置300设有6个电磁阀400，电磁阀400的阀杆CON0～CON5通过驱动芯片U2与单片机U1的IO引脚P 1.6～P1.1相接。

如图1和图2所示，每一检测装置300还配设有液晶显示屏200，该液晶显示屏200上设有按键202，该液晶显示屏200和按键202通过接口电路201与检测装置300内检测电路中的单片机301相连。单片机301可通过RS485接口或CAN总线601与粮情监测总站600相连。另外，可为电池配设电池充电控制芯片(如BQ2057W芯片)，还可在电路中设置时钟管理芯片(如DS1302)，以使液晶显示屏200上显示的时间准确性不受掉电影响。检测装置300可配设警告灯，以及时告知工作人员粮仓现状。

在本发明中，检测装置300可采用壁挂式结构，即将该检测装置300安装在粮仓内通风良好、便于操作和观察的墙壁上，并且在检测装置300旁设置液晶显示屏200，以便于操作人员随时查看。检测装置300配设的电磁阀400的数量可以为任意，一般，根据检测需要，可配置有16个、24个、32个、64个、128个等电磁阀(即16通道、24通道、32通道、64通道或128通道等)。

目前，我国的储粮仓型主要有房式仓、筒仓、浅圆仓，且房式仓数量最多。下面以本发明应用于房式仓为例，来描述本发明的工作过程。

该房式仓为36m×24m×6m的高大平房仓，对于每一个平房仓700，在平房仓内共设置9组采集位置800，9组采集位置以3×3矩阵形式均匀分布在仓内，如图6所示，位于东边、西边、北边外侧的采集位置800分别距平房仓东边、西边、北边内墙4米，位于南边外侧的采集位置800距平房仓南边内墙2米。每组采集位置800设有3个采集点，该3个采集点由低到高垂直分布，它们分别与粮食表面相距200mm、1700mm、3200mm。在每一个平房仓内设置一个外部配有27个采集通道的检测装置300，每一个检测装置300旁设置一个液晶显示屏200，所有仓内的检测装置300与位于异地的远程监控终端100相连。对于每一个检测装置300，所有电磁阀400的一个气体流通端(即图1所示的b端)通过气管并联接于检测装置300的气体采集入口处，所有电磁阀400的另一个气体流通端(即图1所示的a端)均连接有气管，且将这些气管的输出端口分别对应放置在上述27个采集点处。

使用时，在液晶显示屏200上按“开/关机”键，检测装置开机，液晶显示屏200显示主界面，电池向所有元器件供电，操作人员通过按键202对检测装置300进行初始设置(若不进行初始设置，则按默认设置进行检测)。设置完毕后，按“测试”键，检测装置300开始进行检测。单片机301令微型气泵304启动并快速运转，对气路中的残留空气进行排空，当残留气体被排空后，控制微型气泵304以适当速度运转，同时，单片机301依次令27个电磁阀400呈单独打开状态，如令1通道的电磁阀为开，则令其它26个通道的电磁阀为关，因此，每一采集点处的空气通过各自的气管顺序进入检测装置300内的气路进行检测。对于每一通道，粮堆的空气以小流量形式从气体采集入口被抽入气道309内，继而经过空气过滤器306，空气过滤器306对抽入的空气中的杂质进行滤除，降低杂质对传感器测量精度的影响，然后抽入的空气依次进入第一检测气室307和第二检测气室308。在第一检测气室307内，温湿度传感器302对气体进行温度和湿度的测量，在测量过程中，单片机U1(即图2的单片机301)向温湿度传感器302的串行时钟输入端SCK输入时钟控制信号，让温湿度传感器302与单片机U1的时钟相同步，并且单片机U1向温湿度传感器302的串行数据输入输出端DATA输入控制指令而控制温湿度传感器302的测量，当温湿度传感器302测量完毕后，其通过串行数据输入输出端DATA将测得的温湿度数据传输给单片机U1，单片机U1对该温湿度数据进行存储并处理。在第二检测气室308内，二氧化碳传感器303对气体进行二氧化碳含量的测量，二氧化碳传感器303通过输出端AVOUT将测得的二氧化碳含量数据传输给单片机U1，单片机U1对该二氧化碳含量数据进行存储并处理。当气体在两个气室内的测量完成后，单片机U1控制微型气泵304的转速，使气道309内的气体经微型气泵304而从气体采集出口排出，从而对一个通道完成检测，继续对下一个通道进行检测。当单片机U1处理完温湿度数据和二氧化碳含量数据后，单片机U1将测得的温湿度和二氧化碳含量数据显示在液晶显示屏200上，并且根据多个通道的检测结果而显示出一个最终粮仓储粮情况评定结果，以供操作人员查看。

在实际测量中，工作人员可通过液晶显示屏200上的“设置”键而对气泵的空转流量和采样流量、空转时间等参数进行设置，从而使检测装置按照设置参数值对气体进行采样测量。而且，工作人员可根据需要来设置预进行检测的采集点数量，例如，对27个采集点中的20个采集点的空气进行检测。另外，在检测装置处于开机状态时，工作人员可随时通过“查阅”键和上下左右键对所有测量结果信息进行查阅，如检测时间、检测地点、粮食品种等。

在本发明中，工作人员可以在远程监控终端控制和查看所有粮仓500的储粮检测情况，所有检测装置300还可通过RS485接口或CAN总线601将检测结果信息汇报给粮情监测总站600。

本发明的优点是：

1、根据实际检测要求，本发明粮情在线监测系统可对同一个粮仓内的多个采集点顺序进行检测，从而用多个采集点检测的二氧化碳含量和温湿度来评价该粮仓的储粮情况，使得粮情预报更加准确及时。而且，每个采集点的气体采集是通过单向阀来控制的，所以，操作人员可根据检测的需要来选择预检测的采集点。

2、考虑到气泵属于功率元件，在叶轮高速旋转抽入样品气体的过程中，气泵会散发热量，散发的热量会对样品气体的温度产生影响，所以，本发明中检测装置的气路设计采用泵后置方式，即将微型气泵设置在气路的最末端(指设置在空气过滤器、第一检测气室、第二检测气室的后面)，采用强排方式对样品气体进行采样，这种气路设计不仅可以达到抽取样品气体的目的，而且不会影响气体温度检测的精确度。

3、由于第一检测气室的进气口远离其内设置的温湿度传感器的探头，温湿度传感器的探头平行于第一检测气室内的空气流动方向放置，且第一检测气室的进气口与出气口错位设置，这种气室构造和探头摆放的设计使得进入第一检测气室的气体流速减慢，温湿度传感器充分接触气室内的气体，从而使温湿度传感器的检测更加准确。

4、由于真菌或害虫在粮堆生长过程中会产生大量CO2、水和热量，所以，本发明通过检测粮堆中CO2、温度和湿度的变化来判断粮堆中真菌或害虫的危害，本发明预测出的结果不存在滞后性，使得工作人员能及时地采取措施处理，而且通过本发明进行粮情检测受环境因素的影响较小，检测范围大。

4、本发明适用于产生热量很低的储粮真菌危害的检测，如检测生长过程中产生热量很低的灰绿曲霉。

5、本发明粮情在线监测系统的操作简便，检测速度快，检测结果准确，可满足我国粮库粮情检测的需要。

本发明粮情在线监测系统适用于储粮真菌及害虫危害早期检测、粮仓中通风效果评价，保障了粮库管理人员的安全。

Claims (8)

1、一种粮情在线监测系统，其特征在于：它包括一个远程监控终端和至少一个检测装置，一个检测装置设置在一个粮仓内，其中：该检测装置包括壳体，该壳体上设有气体采集入口和气体采集出口，该壳体内设有检测电路，该检测电路与该远程监控终端相连，每一个检测装置的壳体旁设置至少一个电磁阀，该电磁阀的阀杆与对应的该检测装置内的检测电路相连，该电磁阀的一个气体流通端经一气管与对应的该检测装置壳体上的气体采集入口相连，该电磁阀的另一个气体流通端连接有另一气管，该另一气管的输入端口放置在相应的采集点处；

该检测电路包括单片机、温湿度传感器、二氧化碳传感器和微型气泵，该温湿度传感器和二氧化碳传感器均与单片机相连，该单片机通过第一功率驱动单元与微型气泵相连，该单片机通过第二功率驱动单元与该电磁阀的阀杆相连，该单片机通过RS232接口或USB接口与该远程监控终端相连；

该检测装置壳体内设有空气过滤器、第一检测气室和第二检测气室，该温湿度传感器设于第一检测气室内，该二氧化碳传感器设于第二检测气室内，该空气过滤器、第一检测气室、第二检测气室、微型气泵通过气道相连，并设于该气体采集入口与该气体采集出口之间。

2、根据权利要求1所述的粮情在线监测系统，其特征在于：所述电磁阀为单向阀。

3、根据权利要求1所述的粮情在线监测系统，其特征在于：所述气体采集入口经气道与所述空气过滤器的进气口相连，所述空气过滤器的出气口经气道与所述第一检测气室的进气口相连，所述第一检测气室的出气口经气道与所述第二检测气室的进气口相连，所述第二检测气室的出气口经气道与所述微型气泵的输入口相连，所述微型气泵的输出口对应所述气体采集出口放置。

4、根据权利要求3所述的粮情在线监测系统，其特征在于：所述第一检测气室的进气口远离其内设置的所述温湿度传感器的探头，所述温湿度传感器的探头平行于所述第一检测气室内的空气流动方向放置。

5、根据权利要求4所述的粮情在线监测系统，其特征在于：所述第一检测气室的进气口与出气口错位设置。

6、根据权利要求1至5中的任一项所述的粮情在线监测系统，其特征在于：所述检测电路中：所述单片机的一个IO引脚与所述二氧化碳传感器的输出端相接，所述单片机的另两个IO引脚分别与所述温湿度传感器的串行时钟输入端、串行数据输入输出端相接；所述第一功率驱动单元为一个PMOS晶体管，该PMOS晶体管的栅极经一个电阻与所述单片机上与其相对应的一个IO引脚相接，该PMOS晶体管的漏极与所述微型气泵的控制端相接；所述第二功率驱动单元由驱动芯片组成，该驱动芯片的输入端与所述单片机上与其相对应的IO引脚相接，该驱动芯片的输出端与所述电磁阀的阀杆相接。

7、根据权利要求1所述的粮情在线监测系统，其特征在于：每一所述检测装置还配设有液晶显示屏，该液晶显示屏上设有按键，该液晶显示屏和按键通过接口电路与所述检测装置内检测电路中的单片机相连。

8、根据权利要求1所述的粮情在线监测系统，其特征在于：所述单片机还通过RS485接口或CAN总线与粮情监测总站相连。

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