CN103292693A

CN103292693A - 一种粮仓仓容实时监测系统

Info

Publication number: CN103292693A
Application number: CN2013100394460A
Authority: CN
Inventors: 王录民; 付晓炎; 陈亚霖; 阎磊; 许启铿; 揣君; 王志山; 王振清; 郭明利; 刘永超; 戚迎花; 袁庆利
Original assignee: 王录民
Current assignee: Zhengzhou tech Grain Safety Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: CN103292693B

Abstract

本发明涉及一种粮仓仓容实时监测系统，属于储粮数量监测领域。本发明的技术方案包括感应子系统、测量子系统、控制子系统、计算子系统。感应子系统包括压力传感器、信号传输线路、数字电压表、供电单元；测量子系统包括测量装置、信号传输线路、供电单元；控制子系统包括控制单元、交换机、通信模块和供电单元；计算子系统包括数据接收单元、数据处理单元、数据显示单元。感应子系统实时感应粮堆状态变化，测量子系统采集仓内粮面信息，控制子系统控制感应子系统和测量子系统并对感应子系统和测量子系统的采集的数据进行存储和管理，计算子系统对控制子系统的存储数据进行处理，获得实时仓容。本发明提供的粮仓仓容实时监测系统，具有远程智能化控制、测量精度高、可靠性高、稳定性和耐久性好，防尘、防腐等特点，便于推广应用。

Description

一种粮仓仓容实时监测系统

技术领域

本发明涉及一种粮仓仓容实时监测系统，特别是粮食平房仓储粮数量监测领域。

背景技术

国家储备粮是关系国计民生和国家经济安全的重要战略物资，粮食主管部门需及时准确掌握其数量，以确保粮食安全；为此，每年国家都要投入大量的人力、物力进行清仓查库，耗资巨大（每年全国检查人员差旅补贴、稽查搬运补贴近30亿元），且无法保证国家粮食储备数据监测的准确性和实时性，因此迫切需要一种快捷、准确的、且能够推广应用的粮仓仓容实时监测系统。

传统仓容监测还是依靠国家粮食主管部门派人实地清查，一般是用人工尺子丈量，或是利用手持式激光测距仪测量粮堆两个方向平面尺寸，再根据测量粮堆高度计算体积，进而根据提供的容重，计算得到仓容。虽然粮食行业技术人员利用相关技术手段进行了研究，但对粮食平方仓仓容实时监测还是存在诸多关键技术尚未解决。第一、粮食体积测量方面，目前有人利用非接触监测技术手段进行相关研究，例如：专利申请号为201210224186.X的“基于动态三维激光扫描的大型不规则散粮堆体积测量方法中提到在平房仓内布设导轨，利用三维激光雷达扫描并配以高速旋转的棱镜进行体积测量，但是这一技术没有考虑进出粮作业时大量扬尘和储粮熏蒸工艺中有毒气体（H₂S）的腐蚀等防尘、防腐问题，会严重影响导轨的行走精度甚至损坏，测量结果的可靠性和稳定性均无法保证，同时这一技术涉及的三维激光雷达扫描并配以高速旋转棱镜成本较高，不适合在数大量广的粮仓中推广应用；其他类似的技术如超声波、图像分析等也存上述问题。第二、储存在粮仓内的粮堆容重在粮食储存过程中会随着进出粮方式、通风、熏蒸、周围环境（有无振动）、储粮时间等发生变化，并会对最终的仓容计算产生较大的影响，然而这一问题至今尚未解决。因此，发明一种适用于储备粮库仓容实时监测系统是十分必要和迫切的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济、便于推广应用的粮仓仓容实时监测系统，具有可远程智能化控制、测量精度高、稳定性好、可靠性高、耐久性好，防尘、防腐等特点。

本发明的技术方案是：一种粮仓仓容实时监测系统，包括感应子系统、测量子系统、控制子系统、计算子系统；感应子系统包括4个压力传感器、信号传输线路、数字电压表、供电单元，供电单元为压力传感器和数字电压表供电；测量子系统包括测量装置、信号传输线路、供电单元，供电单元为测量装置供电；控制子系统包括控制单元、交换机、通信模块和供电单元，供电单元为交换机和通信模块供电；计算子系统包括数据接收单元、数据处理单元、数据显示单元。感应子系统实时感应粮堆状态变化，测量子系统采集仓内粮面信息，控制子系统控制感应子系统和测量子系统并对感应子系统和测量子系统的采集数据进行存储和管理，计算子系统对控制子系统的存储数据进行处理，获得实时仓容。

本发明的特征在于所述感应子系统的4个压力传感器布设在粮仓出粮处距离仓壁3m的地面上，通过压力传感器的感应信号判定其上方是否真正堆放粮食，是否在进行进出粮作业，防止粮堆空洞，判定粮堆状态。感应子系统还可以实现预警和紧急启动测量：控制子系统读取感应子系统实时的感应信号，并将该感应信号传递给计算子系统，计算子系统将处理后的结果反馈给控制子系统；当压力传感器感应信号的变化量超过某一限定值（预设的阀值），计算子系统显示预警信息，实现感应子系统的预警作用；预警后，控制子系统激活测量子系统对仓内粮堆进行采集，计算子系统计算出仓容，方便用户及时查看仓容信息。

本发明的特征还在于所述测量子系统的测量装置包括两个精密转台、激光测距传感器、两个控制器、两个通信模块、四个连接板，测量装置固定在仓内粮堆正上方粮仓结构构件处，能够采集粮堆整个区域内粮面点的极坐标，为仓容计算提供原始数据。

本发明的特征还在于所述的控制子系统具有读取感应子系统感应信号、启动测量装置、调用预定采集方案、存储采集数据、关闭测量装置功能。控制单元读取感应子系统感应信号并将其先传递给计算子系统，计算子系统对感应信号处理后将感应信号的变化量反馈给控制子系统，通过判断该值是否超过设定值来决定是否启动测量装置。若启动测量，则调用相应的预存采集方案，采集过程中存储采集数据，采集完成后关闭测量装置并复位。其中，预定采集方案包括空仓采集方案、满仓采集方案、出粮采集方案。

本发明的特征还在于所述计算子系统的数据处理单元包括粮堆体积计算模块和粮堆容重修正模块，通过计算得到的粮堆体积和修正后的容重相乘得到粮仓仓容。测量子系统完成对粮堆整个区域内粮面点的采集后，控制子系统将采集得到的粮面点极坐标数据存储为原始数据文件。所述的粮堆体积计算模块调用该原始数据文件，通过坐标转换将采集的各个粮面点的极坐标转换为三维坐标，形成三维坐标数据文件，利用微积分方法计算得到当前粮堆的体积。所述的粮堆容重修正模块根据仓储基本信息对粮堆入仓容重进行修正，将修正后的容重作为当前粮堆的容重。粮堆体积计算模块计算出粮堆体积，粮堆容重修正模块计算出粮堆容重，二者相乘得到实时的粮仓仓容。

本发明的特征还在于所述计算子系统的数据显示单元包括粮仓仓容数据显示、粮堆立体图形显示、语音朗读，能够根据用户需要方式显示粮仓仓容。

本发明的特征还在于所述的一种粮仓仓容实时监测系统也可以通过计算机手动启动控制单元，以便于及时掌握粮仓仓容。

本发明的特征还在于所述的一种粮仓仓容实时监测系统也可以定期自动采集仓内粮面点信息并计算出仓容，实现自动化、智能化监测。

本发明的特征还在于所述的一种粮仓仓容实时监测系统还包括远程数据传输模块，通过无线网络将感应子系统、测量子系统的数据进行远程传输，实现远程实时控制。

本发明的特征还在于所述的一种粮仓仓容实时监测系统还包括数据存储和管理模块，便于数据查阅与管理。

本实时监测系统，不仅适用于粮食平房仓、浅圆仓、立筒仓仓容测量，还适用于其他散体物料堆的测量，如水泥、沙石、煤炭等。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图

图2是本发明的实施例俯视简图

图3是本发明的实施例左视简图

图4是图3A局部放大图

图5是本发明的控制机箱主视简图

图6是本发明的粮面采集示意图

图7是本发明的粮堆体积计算单元体示意图

附图中：41仓门、42山墙、43纵墙、44屋架下弦梁、45屋顶、5控制机箱、6总线、7粮堆、81顶板、82底板、84弹簧、85螺杆、86螺母、2-1-1第一转台、2-1-2第二转台、2-1-3激光测距传感器、5-1第一通信模块、5-2第二通信模块、5-3第三通信模块、5-4第一工业电源、5-5第二工业电源、6-1第一控制器、6-2第二控制器、7-1第一连接板、7-2第二连接板、7-3第三连接板、7-4第四连接板。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术方案更加清晰明确，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明：

如图1所示，本发明的粮仓仓容实时监测系统包括感应子系统1、测量子系统2、控制子系统3和计算子系统4。所述感应子系统1由压力传感器1-1、信号传输线路1-2、数字电压表1-3和供电单元1-4构成；所述测量子系统2由测量装置2-1、信号传输线路2-2和供电单元2-3构成；所述控制子系统3由控制单元3-1、交换机3-2、通信模块3-3和供电单元3-4构成；所述计算子系统4由数据接收单元4-1、数据处理单元4-2和数据显示单元4-3构成。

所述感应子系统1的压力传感器1-1感应其上的粮堆压力，将感应的粮堆压力信号转换成电压信号，然后通过信号传输线路1-2将电压信号传递给数字电压表1-3，数字电压表1-3再将电压信号通过控制子系统3传递给计算子系统4的数据接收单元4-1，计算子系统4的数据处理单元4-2对接收到的电压信号进行处理，将处理后的结果通过交换机3-2和通信模块3-3反馈给控制子系统3，控制子系统3根据反馈信号作出相应的响应，如是否启动测量子系统2，调用何种采集方案等。当控制子系统3的控制单元3-1判定数字电压表1-3的电压变化量超过某一限定值时，继而判定被监测粮仓处于戒备状态，将判定结果传递给计算系统4，计算子系统4的数据显示单元4-3显示仓内出粮的预警信息，提醒用户注意仓内动态，实现感应子系统1的预警作用；预警后，控制子系统3通过信号传输线路2-2向测量子系统2发送指令，紧急启动测量装置2-1实施测量，方便用户查询当前仓容信息。感应子系统3实时感应粮堆压力，根据感应信号变化实时监控粮堆状态和防止粮堆空洞。

如图4所示，所述测量子系统2的测量装置2-1包括第一转台2-1-1、第二转台2-1-2、激光测距传感器2-1-3、第一通信模块5-1、第二通信模块5-2、第一控制器6-1、第二控制器6-2、第一连接板7-1、第二连接板7-2、第三连接板7-3和第四连接板7-4，各部件按照图4方式进行连接，连接时保证第二连接板7-2和第三连接板7-3垂直。第一转台2-1-1和第二转台2-1-2带动激光传感器2-1-3转动，激光测距传感器2-1-3采集粮面激光发射点至粮面点距离。第一控制器6-1控制第一转台2-1-1的高精度转动，第二控制器6-2控制第二转台2-1-2的高精度转动。第一转台2-1-1通过第一通信模块5-1与控制子系统3进行通信，第二转台2-1-2和激光测距传感器2-1-3通过第二通信模块5-2与控制子系统3进行通信，达到控制子系统3控制测量子系统2的测量装置2-1联动目的。

所述控制子系统3的控制单元3-1控制测量装置2-1的运动，实现对仓内粮堆粮面点的信息采集。第二转台2-1-2静止不动，第一转台2-1-1转动带动第二转台2-1-2和激光测距传感器2-1-3在水平面内转动；第一转台2-1-1静止不动，第二转台2-1-2转动带动激光测距传感器2-1-3在竖直面内转动。当第一转台2-1-1转动到某一断面位置处时，激光测距传感器2-1-3随着第二转台2-1-2在竖直平面内转动过程中测量和记录激光发射点至粮仓内该粮堆断面位置处粮面点的距离，同时控制子系统3的控制单元3-1读取和存储当前粮面点信息，包括第一转台2-1-1的转角，第二转台2-1-2的转角和激光测距传感器2-1-3的测距数值。激光测距传感器2-1-3在水平面内转动改变采集粮堆断面，进而改变激光测距传感器2-1-3采集粮面点的区域。第一转台2-1-1和第二转台2-1-2相互配合，使得激光测距传感器2-1-3既可在水平面内转动，又可在竖直面内转动，测量子系统2通过测量转置2-1的联动实现对粮堆整个区域内粮面点的极坐标的采集，如图6所示。

所述测量子系统2按照控制单元3-1内嵌的预定采集方案完成对粮堆整个区域内粮面测点的极坐标采集后，控制单元3-1将采集结果存储为原始数据文件。

所述计算子系统4数据处理单元4-2包括粮堆体积计算模块和粮堆容重模块，依此分别得到粮堆体积和粮堆容重，二者相乘得到粮仓实时仓容。

所述计算子系统4的数据处理单元4-2中的粮堆体积计算模块调用原始数据文件，先对其进行坐标转换处理，将各个粮面点的极坐标转换成三维坐标。根据各个粮面点的三维坐标，将位于同一粮堆断面上相邻的两个测点及其在仓底上的投影点首尾依次相连形成一个四边形断面，该断面以测量装置2-1安装位置点及其在仓底上的投影点连线为轴，旋转一定的角度形成一个单元体，如图7 所示，利用微积分方法计算该单元体的体积。依次类推，计算得到该断面覆盖区域范围内粮堆的体积，将各个断面覆盖区域范围内的粮堆体积叠加得到整个粮堆的体积。

所述计算子系统4的数据处理单元4-2中的粮堆容重修正模块，根据周围环境的振动情况，粮食的入仓容重、储存时间、熏蒸次数、通风情况、仓内温度、湿度和压力传感器1-1的压力值对粮食入仓容重进行修正，计算粮堆实时容重。

所述计算子系统4的数据显示单元4-3包括粮仓仓容数据显示、粮堆立体图形显示、语音朗读，能够根据用户需要方式的输出粮仓仓容信息。

所述计算子系统4与控制子系统3可以采用有线方式进行通信，也可采用无线方式进行通信，利用无线网络对控制子系统3存储的采集数据进行远程传输，实现远程实时控制。

所述测量子系统2可实现对粮堆定期自动采集。控制子系统3的控制单元3-1内嵌控制程序，根据用户需求按照某一预定周期向测量子系统2发送指令，启动测量装置2-1实施测量。计算子系统4完成数据的处理和结果存储，便于用户管理和查询。

实施例

如图2、图3所示，本实施例应用的粮仓为粮食平房仓，具体尺寸为长60m×24m×9m，装粮线位置高度为6m。储粮的基本情况如下：储存物料为小麦，入仓容重为791kg/m³～793kg/m³，仓内温度29℃、相对湿度58.6%，未经通风、熏蒸，周围环境振动影响微弱。空仓时在四个仓门41附近离墙3m位置处各布置一个压力传感器1-1，铺设信号传输线路1-2并将其从仓内引出仓外，进入仓外壁上的控制机箱5内。

如图2、图3所示，粮堆7位于粮仓内装粮线下部。在粮仓中间屋架下弦梁44中间部位安装测量机构吊挂底座，包括顶板81、底板82、弹簧84、螺杆85、螺母86。先将顶板放置在屋架下弦梁44顶面，三根螺杆85穿入顶板81螺孔，螺杆85上端用螺母86卡住；将底板82从螺杆85下端穿入并上推至屋架下弦梁44底面，然后从螺杆85下端穿入螺母86，使顶板81和底板82将屋架下弦梁44卡住；先后将螺母86和弹簧84穿入螺杆85，再将测量装置2-1的第一连接板7-1穿入螺杆85，再次将螺母86穿入螺杆85，拧紧第一连接板7-1上下的螺母86，最终将测量装置2-1吊挂在屋架下弦梁44的下方。测量子系统2的信号传输线路2-2沿着屋架下弦梁44铺设，一端与测量装置2-1相连，另一端进入仓外墙壁上的控制机箱5内。

如图5所示，控制机箱5内包括第三通信模块5-3、交换机5-4、数字电压表1-3、工业电源5-4、工业电源5-5和控制单元3-1。感应子系统1的信号传输线路1-2首先进入数字电压表1-3，然后再进入第三通信模块5-3，通信模块5-3通过网口与交换机5-4相连；测量子系统2的信号传输线路2-3直接通过网口进入交换机5-4；交换机5-4通过网口与控制单元3-1相连；工业电源5-4为感应子系统1供电，工业电源5-5为测量子系统2和控制子系统3供电。

如图2所示，计算子系统4通过一根总线6接入控制机箱5内的交换机5-4，通过控制子系统3向测量子系统2发送指令，启动测量。测量过程概述如下：

1）调整测量装置2-1初始状态，通过调节第一连接板7-1和转动转台（2-1-1、2-1-2）使得激光测距传感器2-1-3发射的激光线垂直向下，且激光测距传感器2-1-3当前可采集断面位置垂直于纵墙43。

2）推算转台（2-1-1、2-1-2）转动角度方案，启动激光测距传感器2-1-3测量当前激光发射点至下方粮面的高度，减去6m（装粮高度）作为基准高度并以此推算第二转台2-1-2的转动角度方案，保证第二转台2-1-2转动带动激光测距传感器2-1-3转动采集粮面时两个相邻测点间的距离为1m左右；采集当前粮面时，当激光测距传感器2-1-3发射的光点照射到山墙42或纵墙43上时停止采集；第一转台2-1-1每次转动角度为5。

3）启动测量，将推算的采集方案导入控制子系统3的控制单元3-1，控制单元3-1向测量子系统2发送指令，测量装置按照导入的采集方案完成对整个粮堆区域粮面点的极坐标采集，如图6所示。

计算子系统4数据处理单元4-2中的粮堆体积计算模块对测量子系统2采集的极坐标数据文件进行处理，计算得到粮堆体积8240m³；粮堆容重修正模块调用输入的仓储基本信息并处理得到粮堆的实时容重0.816 kg/m³。

计算子系统4数据显示单元4-3最终显示的计算仓容为6724吨，根据入仓记录核算的实际仓容为6808吨，两者的相对误差为1.23%，满足粮仓仓容核算的精度要求。

Claims

1.一种粮仓仓容实时监测系统，包括感应子系统1、测量子系统2、控制子系统3、计算子系统4；感应子系统1包括4个压力传感器1-1、信号传输线路1-2、数字电压表1-3、供电单元1-4；测量子系统2包括测量装置2-1、信号传输线路2-2、供电单元2-3；控制子系统3包括控制单元3-1、交换机3-2、通信模块3-3和供电单元3-4；计算子系统4包括数据接收单元4-1、数据处理单元4-2、数据显示单元4-3。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征是：所述感应子系统1的四个压力传感器1-1布设在粮仓仓门41附近距离仓壁3m的地面上。

3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征是：所述计算子系统4的数据处理单元4-2包括粮堆体积计算模块和粮堆容重修正模块。

4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征是：所述计算子系统4的数据显示单元4-3包括粮仓仓容数据显示、粮堆立体图形显示、语音朗读。

5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征是：所述的控制子系统3的控制单元3-1包括远程数据传输模块。

6.根据权利要求1所述的监测系统，其特征是：所述的控制子系统3的控制单元3-1还包括数据存储和管理模块。