CN105865683A - 粮仓压力感应系统、粮仓储量在线监测及预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粮仓储量在线监测及预警系统及其压力感应系统，压力感应系统包括多个压力传感器，该多个压力传感器间隔布设在粮仓底部，每个压力传感器具有一根输出电缆，该输出电缆垂直到达粮仓侧壁后，在粮仓侧壁使用RS485总线方式，通过一类环形贴墙电缆连接后穿墙与仓外的一数据采集传输设备连接。粮仓储量在线监测及预警系统，包括粮仓压力感应系统，数据采集传输设备，以及数据处理系统。数据采集传输设备通过RS485总线及自定义协议与粮仓压力感应系统的每一压力传感器通信。基于数字式输出压力传感器，本发明可实时检测粮仓内当前储粮重量，并将数据上传至监控中心，最终实现数据全国联网，对所有粮食储备库进行动态监管和预警。

Description

粮仓压力感应系统、粮仓储量在线监测及预警系统

技术领域

本发明涉及粮仓粮食储量实时在线检测领域，具体地说，是涉及国家储备粮仓储量在线监测及预警系统及其压力感应系统。

背景技术

粮食安全是国民经济的基础和社会稳定的保障。粮食安全包括质量安全和数量安全。目前，获取国家粮食储备数量依赖于在全国范围内组织大规模的“清仓查库”工作，主要为抽样统计计算，不仅耗费大量的人力、物力和资金，而且统计周期长(一般为三个月)，准确性存在不足。由于人工监测措施难以做到实时监管，粮食流通企业徇私舞弊等行为时有报道，屡禁不止。粮食数量安全成为人民关注的焦点，更关系到国家长治久安。

在粮仓储量实时测量技术方面，中国专利申请号为201310039446.0的“一种粮仓仓容实时监测系统”提到，在出粮口埋设压力传感器，用于感应粮堆压力的变化，判断有无粮食及进出粮状态等，只需低精度压力传感器即可，该系统通过在线测量粮堆体积和粮堆容重来计算粮仓储量，虽然具有可远程智能化控制的优点，但却存在以下问题：

一、粮面高度或体积的测量须基于粮仓地面是平整且未下沉的前提，而在粮食的长期储藏过程中，地面沉降和局部变形是难免的。此外，对于大型平房仓，仓房长度可达80m，基于激光多点测距来精确计算体积难度较大。

二、根据仓储基本信息(包括周围环境的振动情况，粮食的入仓容重、储存时间、通风时间、仓内温度、湿度和压力传感器的压力值等等)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。上述仓储信息中，很多信息诸如周围环境的振动、通风时间和仓内温湿度对于粮食水分、密度等的影响是很难量化的，且这种方式需要粮库保管人员的密切配合，无法防止不法分子弄虚作假。而粮食数量的在线监测最根本的目的是动态监管，确保粮食安全。

现有技术中，虽然有用于在线检测粮仓储量的专用压力传感器，如申请号为201020143589.8的中国实用新型专利“一种检测粮仓储量的压力传感器”，能够准确测量粮食类颗粒体内部应力，但是，其输出的是模拟信号，在产品造价、压力标定和信号传输方式方面存在不足，且不方便数据的采集和传输，也不方便施工安装。

发明内容

本发明所要解决的一技术问题是，针对现有检测粮仓储量的压力传感器存在的上述不足，提供一种粮仓压力感应系统。

为了实现上述目的，本发明的粮仓压力感应系统，包括多个压力传感器，该多个压力传感器间隔布设在粮仓底部，每个压力传感器具有一根输出电缆，该输出电缆垂直到达粮仓侧壁后，在粮仓侧壁使用RS485总线方式，通过一类环形贴墙电缆连接后穿墙与仓外的一数据采集传输设备连接。

上述的粮仓压力感应系统，其中，每个压力传感器具有敏感元件及信号转换模块，该信号转换模块包括：

双路振荡器，与该敏感元件相连；

微控制器，与该双路振荡器连接；

存储器，与该微控制器相连；以及

接口芯片，与该微控制器相连。

上述的粮仓压力感应系统，其中，该信号转换模块还包括一温度传感器，与该微控制器相连。

本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种检测方便快速，精度高，可靠性好，造价低，具有优良的长期稳定性和防腐蚀能力，工程实用性更强，适用于粮库的大规模安装和使用的粮仓储量在线监测及预警系统。

为了实现上述目的，本发明的粮仓储量在线监测及预警系统，包括上述的粮仓压力感应系统，数据采集传输设备，以及数据处理系统。数据采集传输设备通过RS485总线及自定义协议与粮仓压力感应系统的每一压力传感器通信。所述数据处理系统包括数据存储模块、控制模块以及展示模块，数据存储模块用于存储与粮仓相关的各类数据，且所述数据存储模块具有一与所述数据采集传输设备连接的外部数据存储模块；控制模块用于根据选择控制模型的不同，从所述数据存储模块抽取数据进行相关运算；展示模块与所述控制模块连接，用于将与粮仓相关的各类数据进行展示。

上述的粮仓储量在线监测及预警系统，其中，所述数据存储模块还包括一内部数据存储模块，用于存储设定的内部数据。

上述的粮仓储量在线监测及预警系统，其中，所述展示模块包括数据展示模块以及数值预警模块。数据展示模块用于展示包括粮仓数据、传感器数据在内的实时数据。数值预警模块用于显示粮仓内出粮的预警信息。

上述的粮仓储量在线监测及预警系统，其中，所述展示模块还包括有人机交互模块，该人机交互模块又与所述数据存储模块连接。

上述的粮仓储量在线监测及预警系统，其中，所述控制模块使用xlm组织不同的控制模型。

上述的粮仓储量在线监测及预警系统，其中，所述数据处理系统为粮库内网平台。

上述的粮仓储量在线监测及预警系统，其中，所述数据处理系统为互联网服务器。

本发明的有益功效在于：粮仓压力感应系统数据的采集和传输采用RS485有线传输方式，此方式相对于无线传输方式比，硬件结构简单，成本低，不受粮堆衰减、墙壁屏蔽等的影响，数据传输可靠性高。本发明提出的粮仓储粮数量在线监测及预警系统，只需测量一种物理量，即粮堆底部的压力信息，结合仓房尺寸和储粮品种，即可实时计算粮仓储粮重量。粮堆压力仅与粮食重量变化有关，与粮堆的水分、温湿度等无直接关系，也不受粮堆沉降、粮面高度变化和地面沉降等的影响。测量时间可设置为连续测量或定间隔测量，储存期间不需粮库人员维护。借助数据处理系统的设置，可对任意仓房网关发出测量命令，即可得到当前储粮重量。当粮食数量发生突变时仓房网关及时上报，从而实现对国家粮仓储量的动态监管和应急预警。本系统批生产性好，检测方便快速，精度高，可靠性好，造价低，具有优良的长期稳定性和防腐蚀能力，工程实用性更强，适用于粮库的大规模安装和使用。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的粮仓压力感应系统的结构示意图；

图2为本发明的粮仓储量在线监测及预警系统的结构框图；

图3为图1中压力传感器的信号转换模块的结构图；

图4为图2中的数据采集传输设备结构框图；

图5为图2中的数据处理系统结构框图；

图6为图2中的数据处理系统的功能框图。

其中，附图标记

100—粮仓

101—穿墙孔

10—粮仓压力感应系统

11—压力传感器

111—输出电缆

112—信号转换模块

12—贴墙电缆

20—数据采集传输设备

30—数据处理系统

31—数据存储模块

311—内部数据存储模块

312—外部数据存储模块

313—缓存模块

32—控制模块

33—展示模块

331—数据展示模块

332—数值预警模块

333—人机交互模块

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

参阅图1，如图所示，本发明的粮仓压力感应系统10，包括多个压力传感器11，该多个压力传感器11间隔布设在粮仓100底部，每个压力传感器11具有一根输出电缆111，该输出电缆111垂直到达粮仓侧壁后，在粮仓侧壁使用RS485总线方式，通过一类环形贴墙电缆12连接后穿墙(具体来说，是穿过粮仓100上的穿墙孔101)与仓外的一数据采集传输设备20连接，需要说明的是，此处的类环形是指贴墙电缆的布置形式，且贴墙电缆的具体布置形式与粮仓的形状有关，若粮仓为圆仓，贴墙电缆的布置即大致为环形(可视为类环形)；若粮仓为方仓，贴墙电缆即为方形，但仍视为类环形。

有关压力传感器的具体结构，可以参阅专利号为201020143589.8的中国实用新型专利，本发明中的压力传感器与专利号为201020143589.8的中国实用新型专利中的压力传感器的电路原理不同：具体来说，本发明的压力传感器11具有信号转换模块112，如图3所示，信号转换模块112包括双路振荡器，微控制器，存储器以及接口芯片。双路振荡器与压力传感器11的敏感元件C1、C2(此处的敏感元件对应为专利号为201020143589.8的中国实用新型专利中的内电极、外电极)相连；微控制器与该双路振荡器连接；存储器与该微控制器相连；接口芯片与该微控制器相连。较佳地，信号转换模块还112包括一温度传感器，与微控制器相连。

信号转换模块112的电路工作原理：压力传感器的敏感元件形成两个平板电容C1、C2。敏感膜片(专利号为201020143589.8的中国实用新型专利中的弹性膜片)受压变形导致C1、C2值发生变化，C1、C2通过导线连接到电路板，与双路振荡器(MAX7556)构成两个周期振荡回路，输出与电容值对应频率的方波信号(分别为f1、f2)，并通过微控制器精确测量。传感器生产时，利用专用的标定软件进行统一参数配置和存储，在不同压力情况下进行标定，在不同温度下进行温度补偿，得到内外电容差值与实际压力的映射关系，并存储相应的映射参数到存储器(EEROM)。且可通过标定为每个传感器设置唯一的设备编码和通讯地址。

压力传感器11工作时，微控制器根据映射参数计算当前所受压力，并输出RS485方式的压力信号。温度传感器的作用是用于压力传感器的温度补偿和仓内的温度测量。为了保证抗干扰能力，电源部分采用了隔离模块和线性稳压芯片以获得稳定的电压。

从上面的内容可以看出，本发明中采用的压力传感器为数字式输出压力传感器，输出为RS485方式，传感器之间采用RS485总线相连。相比原有的模拟式输出压力传感器，标定、生产效率能大幅提高，且能减少电缆使用量和施工工作量。本发明的数字式输出压力传感器具备低功耗、低成本、高灵敏度、优良的长期稳定性、便于施工安装等优点。

参阅图2，本发明的粮仓储量在线监测及预警系统，包括上述的粮仓压力感应系统10，数据采集传输设备20，以及数据处理系统30。数据采集传输设备20通过RS485总线及自定义协议与粮仓压力感应系统的每一压力传感器11通信。本发明的系统中，仓内压力传感器数据的采集和传输采用有线传输方式。此方式相对于无线传输方式比，硬件结构简单，成本低，不受粮堆衰减、墙壁屏蔽等的影响，数据传输可靠性高。仓内传感器用一条485总线方式与仓外数据数据采集传输设备20(即数据采集网关)相连。压力传感器11与网关之间通讯采用自定义协议。由网关作为主机，定时向传感器发出读取指令，压力传感器将当前压力上传给网关，读取压力信息后，计算仓房储粮数量，然后上传至数据处理系统30。本发明中的数据处理系统可以是粮库内网平台，也可以为互联网服务器，作为较佳地实施方式，数据采集传输设备20计算的仓房储粮数量通过有线接入粮库内网平台或者通过CDMA模块上传给互联网服务器。

数据采集传输设备20的作用是定时采集安装在粮仓内部的压力信息，用于采集仓内所有传感器的压力信息，并将其传输至粮库内网或互联网服务器。同时具备数据保存、异常判断等功能。结合参阅图4，数据采集传输设备20的MCU采用Rabbit公司的Rabbit 3000微处理器；其特点是无电磁干扰，最高时钟速度55M Hz，6串口(带IrDA)，56个数字I/O，积分编码器，脉宽调制输出，脉冲捕获以及测量能力，带后备电池的实时钟，集成接口，超低电源模式。数据采集传输设备20通过RS485模块及自定义协议与底层压力传感器11通信，并为压力传感器提供5V电源。通过GPRS模块与上层服务器通信，或者通过网卡驱动模块接入粮库局域网，与监控中心主机通讯。同时，外部ROM用于保存历史数据，便于长期观测，分析粮堆重量损耗变化。当传感器压力信号在短时间内发生突变时，及时上报预警。

结合参阅图5，数据处理系统30(无论是粮库内网平台还是互联网服务器)包括数据存储模块31、控制模块32以及展示模块33。数据存储模块31用于存储与粮仓相关的各类数据，且数据存储模块31具有内部数据存储模块311、外部数据存储模块312及缓存模块313，内部数据存储模块311用于存储设定的内部数据(如报警参数，运行配置等)，外部数据存储模块312与数据采集传输设备20连接，主要用于储存压力传感器数据。控制模块32用于根据选择控制模型的不同，从数据存储模块31抽取数据进行相关运算，控制模块32使用xlm组织不同的控制模型。展示模块33与控制模块连接32，用于将与粮仓相关的各类数据进行展示，展示模块33包括数据展示模块331、数值预警模块332及人机交互模块333，数据展示模块331用于展示包括粮仓数据、传感器数据在内的实时数据，数值预警模块332用于显示粮仓内出粮的预警信息，人机交互模块333又与数据存储模块31连接，以方便人机交互操作。

结合参阅图6，可以看出，数据处理系统30主要功能有两点：

(1)负责分析各个廒间采集到的数据，并根据一定的粮食数量计算模型，结合仓房尺寸、粮食品种等，计算每个廒间的储粮数量。

(2)对所有数据整合分析，分别设置国家、省、市、县、区以及不同的使用者角色等的不同权限，向不同的管理者提供相应数据，对异常粮情及时进行预警。

综合上述可以看出，本发明的粮仓储量在线监测及预警系统是一种基于压力传感器的粮仓储量在线监测系统，可实时检测粮仓内当前储粮重量，并将数据上传至监控中心，最终实现数据全国联网，对所有粮食储备库进行动态监管和预警。相比基于人工统计抽样的“清仓查库”方式，该系统数据实时性强，测量精度更高，可节省大量人力物力。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种粮仓压力感应系统，包括多个压力传感器，其特征在于，该多个压力传感器间隔布设在粮仓底部，每个压力传感器具有一根输出电缆，该输出电缆垂直到达粮仓侧壁后，在粮仓侧壁使用RS485总线方式，通过一类环形贴墙电缆连接后穿墙与仓外的一数据采集传输设备连接。

2.根据权利要求1所述的粮仓压力感应系统，其特征在于，每个压力传感器具有敏感元件及信号转换模块，该信号转换模块包括：

双路振荡器，与该敏感元件相连；

微控制器，与该双路振荡器连接；

存储器，与该微控制器相连；以及

接口芯片，与该微控制器相连。

3.根据权利要求2所述的粮仓压力感应系统，其特征在于，该信号转换模块还包括一温度传感器，与该微控制器相连。

4.一种粮仓储量在线监测及预警系统，其特征在于，包括：

权利要求1-3中任意一项所述的粮仓压力感应系统；

数据采集传输设备，通过RS485总线及自定义协议与粮仓压力感应系统的每一压力传感器通信；以及

数据处理系统；

其中，所述数据处理系统包括：

数据存储模块，用于存储与粮仓相关的各类数据，且所述数据存储模块具有一与所述数据采集传输设备连接的外部数据存储模块；

控制模块，用于根据选择控制模型的不同，从所述数据存储模块抽取数据进行相关运算；以及

展示模块，与所述控制模块连接，用于将与粮仓相关的各类数据进行展示。

5.根据权利要求4所述的粮仓储量在线监测及预警系统，其特征在于，所述数据存储模块还包括一内部数据存储模块，用于存储设定的内部数据。

6.根据权利要求4所述的粮仓储量在线监测及预警系统，其特征在于，所述展示模块包括：

数据展示模块，用于展示包括粮仓数据、传感器数据在内的实时数据；以及

数值预警模块，用于显示粮仓内出粮的预警信息。

7.根据权利要求6所述的粮仓储量在线监测及预警系统，其特征在于，所述展示模块还包括有人机交互模块，该人机交互模块又与所述数据存储模块连接。

8.根据权利要求4所述的粮仓储量在线监测及预警系统，其特征在于，所述控制模块使用xlm组织不同的控制模型。

9.根据权利要求4所述的粮仓储量在线监测及预警系统，其特征在于，所述数据处理系统为粮库内网平台。

10.根据权利要求4所述的粮仓储量在线监测及预警系统，其特征在于，所述数据处理系统为互联网服务器。