CN109645540B - 一种基于物联网的烤房远程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的烤房远程控制系统，涉及工业控制技术领域；该烤房远程控制系统包括云平台、微控制器和参数调节机构；所述云平台中预存有专家控制曲线，所述专家控制曲线包括烘烤过程中的不同烘烤阶段对应的烘烤参数；所述烘烤参数包括温度、湿度和烘烤时间；所述微控制器用于根据所述专家控制曲线生成第一调节指令，所述第一调节指令用于控制所述参数调节机构对烤房内部的烘烤参数进行调节；本发明实现了烘烤过程中的自动控制，并且无需专家现场指导，也无需人工现场监视，即可获得品质较高的烟叶。

Description

一种基于物联网的烤房远程控制系统

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，更具体地，涉及一种基于物联网的烤房远程控制系统。

背景技术

近年来，随着烤烟生产集约化、规模化种植模式的发展，煤碳价格、劳动力成本的不断提高，国际上较为先进的烟叶初烤设施-密集烤房的应用和推广受到了高度重视。密集式烤房的烘烤原理是在较高的装烟密度下，通过强制通风，加热室的热空气在机械动力如风机的作用下，均匀地加热烟叶并带走水分，并不断加热干燥的循环过程，其基本特征是强制通风、热风循环、温湿度控制。决定烟叶最终质量和可用性的一个重要环节是烟叶在烤房内的烘烤，烘烤过程很长(约1周时间)，过程中需要随时现场监测烘烤状态、添加燃料，劳动强度大，对操作者的技术水平要求高，一些品质较高的的鲜烟往往因为不合适的烘烤参数导致无法烤出质量上乘的烟叶。

烟叶烘烤过程中关键是根据烟叶的颜色和形态，设置不同的烘烤温度、湿度以及各温湿度阶段烘烤时间。烘烤的温湿度以及阶段烘烤时间等烘烤参数，与烟叶的品种、部位、产地、甚至收获时降雨情况相关，需要丰富的经验才能设置合适的烘烤工艺参数，往往需要专家现场指导烟农烘烤操作；烟叶的烘烤质量，还与烘烤过程中鼓风的风速相关，不同的烘烤阶段需要调整鼓风量，也就是风机的转速；但是实际操作中，整个烘烤过程中均采用固定风速；使用生物质固体颗粒燃料，目前已经可以实现燃料的自动添加，极大减少了劳动强度；但是，自动添加可能出现燃料中混入异物，造成燃料添加机构卡死，也可能出现燃烧熄灭，仍然需要人工现场监视。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于物联网的烤房远程控制系统，其目的在于解决现有的烟叶烘烤过程中需要人工现场指导、监视，劳动强度大、操作不方便的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于物联网的烤房远程控制系统，包括云平台、微控制器和参数调节机构；

所述云平台中预存有专家控制曲线，所述专家控制曲线包括烘烤过程中的不同烘烤阶段对应的烘烤参数；所述烘烤参数包括温度、湿度和烘烤时间；

所述微控制器用于根据所述专家控制曲线生成第一调节指令，所述第一调节指令用于控制所述参数调节机构对烤房内部的烘烤参数进行调节。

优选的，上述烤房远程控制系统，还包括图像采集机构，所述图像采集机构用于拍摄的烘烤过程中的烟叶图像；

所述云平台通过微控制器获取所述烟叶图像，并根据烟叶图像对预存的专家控制曲线进行调整。

优选的，上述烤房远程控制系统，其参数调节机构包括变频器、排湿风门和燃烧机，分别用于根据调节指令对烤房内部的风速、湿度和温度进行调节。

优选的，上述烤房远程控制系统，其微控制器与云平台之间通过无线通讯模块进行通信，所述无线通信模块为NB-IoT、LoRa、GPRS、WiFi、zigbee、蓝牙中的任一种。

优选的，上述烤房远程控制系统，还包括与微控制器通信连接的环境监控机构，用于采集烤房内部的环境数据，所述环境数据包括温度、湿度和风速；微控制器获取所述环境数据并在其超过预设的安全阈值时发出告警信号。

优选的，上述烤房远程控制系统，还包括移动终端，所述移动终端通过云平台获取所述环境数据和烟叶图像，并用于接收外部输入的第二调节指令并将所述第二调节指令通过云平台传输至微控制器，所述第二调节指令用于控制参数调节机构对烤房内部的烘烤参数进行调节。

优选的，上述烤房远程控制系统，还包括电量检测单元，所述电量检测单元用于检测系统的电量数据，所述电量数据包括供电电压、消耗电流、用电功率、用电量；微控制器获取所述电量数据并在其超过预设的安全阈值时发出告警信号。

优选的，上述烤房远程控制系统，还包括与微控制器通信连接的触摸屏，所述触摸屏用于显示专家控制曲线、烤房内部的环境数据和烟叶图像，并用于接收外部输入的第三调节指令并将所述第三调节指令传输至微控制器，所述第三调节指令用于控制参数调节机构对烤房内部的烘烤参数进行调节。

优选的，上述烤房远程控制系统，还包括交流直流转换模块和电源变换模块；

所述交流直流转换模块用于将外部输入的220V交流电转换为两路12V直流电；一路12V直流电直接对排湿风门供电，另一路12V直流电传输至内部电源变换模块；

所述电源变换模块用于将12V直流电转换为3.3V和5V直流电，为微控制器供电。

优选的，上述烤房远程控制系统，还包括继电器，所述继电器用于根据微控制器发出的调节指令控制燃烧机的开闭和档位。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的一种基于物联网的烤房远程控制系统，微处理器依据云平台生成的专家控制曲线对烤房内部的烘烤工艺参数进行调节，实现了烘烤过程中的自动控制，并且无需专家现场指导，也无需人工现场监视，即可获得品质较高的烟叶；

(2)本发明提供的一种基于物联网的烤房远程控制系统，云平台通过微处理器获取摄像头采集的某一烘烤阶段的烟叶图像并对该烟叶图像进行处理，获取烟叶的颜色和形态并将其与专家控制曲线上相同烘烤阶段所对应的烟叶颜色和形态进行比对，若两者相匹配但专家控制曲线上的当前烘烤阶段尚未结束，云平台会自动调整专家控制曲线以进入下一烘烤阶段，更精确的控制烤房的烘烤参数，避免发生烘烤过度的情况，影响烟叶质量；

(3)本发明提供的一种基于物联网的烤房远程控制系统，兼顾了远程操控和现场操控两种操作方式，工作人员可通过与云平台通信的移动终端远程查看烘烤过程中的环境数据和烟叶图像，可以通过移动终端输入需要调节的烘烤参数，移动终端将调整后的烘烤参数通过云平台发送至微处理器，由微处理器对烤房内部的烘烤参数进行调节；云平台也可以对人工操作进行深度学习，进一步完善专家曲线；通过移动终端和云平台实现了远程操控，无需工作人员现场值守也可对整个烘烤过程进行实时监控和调节，操作方便，降低了劳动强度；工作人员也可以通过与微处理器相连的大尺寸触摸屏监视系统的运行状态，并对烤房内部的烘烤参数进行调节。

附图说明

图1是本发明实施例提供的烤房远程控制系统的逻辑框图；

图2是本发明实施例提供的烤房远程控制系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的排湿风门接口电路图；

图4是本发明实施例提供的送料电机/点火电机/鼓风电机/排渣电机接口电路图；

图5是本发明实施例提供的电量检测单元的电路图；

图6是本发明实施例提供的交流直流转换模块的电路图；

图7是本发明实施例提供的内部电源变换模块的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明实施例提供的烤房远程控制系统的逻辑框图；图2是本发明实施例提供的烤房远程控制系统的结构示意图；如图1、2所示，本实施例所提供的一种基于物联网的烤房远程控制系统，包括云平台、微控制器和参数调节机构；

云平台中预存有专家控制曲线，该专家控制曲线包括烘烤过程中的不同烘烤阶段对应的温度、湿度和烘烤时间；微控制器用于根据专家控制曲线生成第一调节指令，该第一调节指令用于控制参数调节机构对烤房内部的温度、湿度进行调节。云平台具有深度学习功能，通过记录大量的温湿度、烟叶图片和专家操作信息，自动生成专家控制曲线；

烟叶的烘烤周期较长，并且整个烘烤过程中分为保温、升温等多个烘烤阶段，每个烘烤阶段所需的温湿度不同；因此，在烘烤过程总需要根据当前烘烤阶段及时调节烘烤参数；云平台中记录了大量的烘烤温湿度数据，并深度学习专家的操作经验，自动生成烘烤的专家控制曲线，微处理器依据该专家控制曲线对烤房内部的烘烤工艺参数进行调节，实现了烘烤过程中的自动控制，并且无需专家现场指导，也无需人工现场监视，即可获得品质较高的烟叶。

微控制器与云平台之间通过无线通讯模块进行通信，该无线通信模块可以采用NB-IoT、LoRa、GPRS、WiFi、zigbee、蓝牙中的任一种；微控制器采用STC8系列单片机。无线通信模块的电路板上安排了孔位，用于直接焊装市售的NB-IoT模块，使用TTL电平串口与微控制器通信。同时此TTL电平串口还通过485接口芯片SP485转换成485驱动，使用国标的4P接口，可以用于连接外部通信模块。

参数调节机构包括变频器、排湿风门和燃烧机；变频器接收微控制器发送的第一调节指令，该第一调节指令中包括目标风速，变频器根据第一调节指令将烤房内部的风速调节为目标风速。作为优选的，变频器通过485接口芯片SP485与STC8单片机上的串口相连，该485接口芯片SP485具有两个输出接口，一个是RJ11接口，用于与台达变频器直接连接；另一个是国标规定的8P接口，可以连接其他厂家的变频器；使本实施例提供的烤房远程控制系统能够适用不同厂家型号的变频器。微控制器将第一调节指令发送至排湿风门的电机，该第一调节指令中包括目标湿度，排湿风门在电机的控制下调节烤房内部的湿度至目标湿度。图3所示是本实施例提供的排湿风门接口电路图，如图3所示，微处理器发出正反转信号AIN1，AIN2给排湿风门电机，控制电机正反转；排湿风门电机采用H桥驱动芯片U13TB6612，最大输出电流约1A，供电电压为12V；R15为电机电流检测电阻，U14LMV321运放组成一个约30倍的放大器；电机电流在R15上产生压降，并放大后输入给微处理器的AD转换器。如果电机堵转，电机电流会激升，微处理器的AD采样出现比较大的值时，说明电机堵转，排湿风门到达了极限位置。

燃烧机包括送料电机、点火电机、鼓风电机和排渣电机；微处理器通过4路继电器分别控制送料电机、点火电机、鼓风电机和排渣电机，通过控制燃烧机的开闭和档位对烤房内的温度进行调节。图4所示是本实施例提供的送料电机/点火电机/鼓风电机/排渣电机接口电路图，如图4所示，微处理器的输出通过限流电阻R49/R60/R65/R66后驱动三极管T22/T23/T24/T25，三极管驱动继电器线圈动作，D22/D23/D24/D25均为反向续流二极管，用于保护三极管。

作为本实施例的一个优选，该烤房远程控制系统还包括摄像头，该摄像头放置在烤房内部，用于拍摄烘烤过程中的烟叶图像；云平台通过微控制器获取该烟叶图像，并根据烟叶图像对预存的专家控制曲线进行调整。烟叶在不同的烘烤阶段会呈现不同的颜色和形态，专家控制曲线还包括各烘烤阶段结束时分别对应的烟叶颜色和形态，当烟叶被烘烤至上述颜色和形态后，代表当前烘烤阶段完成，可进入下一烘烤阶段；云平台通过微处理器获取摄像头采集的某一烘烤阶段的烟叶图像并对该烟叶图像进行处理，获取烟叶的颜色和形态并将其与专家控制曲线上相同烘烤阶段所对应的烟叶颜色和形态进行比对，当两者相匹配时，如果专家控制曲线上的当前烘烤阶段尚未结束，云平台会调整专家控制曲线以进入下一烘烤阶段，避免发生烘烤过度的情况，影响烟叶质量。

作为本实施例的一个优选，该烤房远程控制系统还包括与微控制器通信连接的环境监控机构，该环境监控机构用于采集烤房内部的环境数据；环境监控机构包括温度传感器、干湿球和风力风速计，分别用于采集温度、湿度和风速数据。温度传感器与微处理器的I/O端口相连，微处理器产生温度传感器DS18B20所需要的读写时序；微控制器获取环境数据并在其超过预设的安全阈值时发出告警信号，提示工作人员烤房内部的烘烤环境异常。

作为本实施例的一个优选，该烤房远程控制系统还包括移动终端，该移动终端通过云平台获取微处理器中的环境数据和烟叶图像，并用于接收外部输入的第二调节指令并将第二调节指令通过云平台传输至微控制器。移动终端包括但不限于手机、平板电脑，由工作人员随身携带；工作人员可通过该移动终端远程查看烘烤过程中的环境数据和烟叶图像，可以通过移动终端输入需要调节的烘烤参数，移动终端将调整后的烘烤参数通过云平台发送至微处理器，由微处理器对烤房内部的烘烤参数进行调节；云平台也可以对人工操作进行深度学习，进一步完善专家曲线；通过移动终端和云平台实现了远程操控，无需工作人员现场值守也可对整个烘烤过程进行实时监控和调节，操作方便，降低了劳动强度。

作为本实施例的一个优选，该烤房远程控制系统还包括电量检测单元，该电量检测单元与微处理器的TTL串口相连，用于检测系统的电量数据，电量数据包括供电电压、消耗电流、用电功率、用电量等；微控制器获取电量数据并在其超过预设的安全阈值时发出告警信号；微控制器通过电量检测单元对系统的供电电压、消耗电流、用电功率、用电量等电量指标进行监视，通过这些电量数据可以诊断出送料、点火、保火是否正常；若不正常，则发出告警信号提示工作人员进行维修恢复确保系统在烘烤过程中能够正常工作，不影响烟叶的正常烘烤过程。图5所示是本实施例提供的电量检测单元的电路图，如图5所示，U15HLW8032芯片用于电量计量，可以计算供电电源的电压、电流、功率和用电量；C44为降压电容，用于给计量电路供电；R11和R6为降压电容C44的放电电阻；D9和Q5组成整流回路，用于将交流电变换成直流电；U17 78L05芯片为5V三端稳压电源；U14PS2501为光隔，将U15HLW8032的串口输出信号隔离输出给微处理器STC8。

作为本实施例的一个优选，该烤房远程控制系统还包括大尺寸串口触摸屏，该大尺寸串口触摸屏与微处理器的RS232/TTL串口相连，用于显示专家控制曲线、烤房内部的环境数据和烟叶图像，并用于接收外部输入的第三调节指令并将所述第三调节指令传输至微控制器。本实施例提供的大尺寸串口触摸屏HY2.0-8P，其可以直接与微处理器的RS232/TTL串口相连，需要微处理器提供5V供电；或者通过转换芯片SP3232与微处理器的RS232/TTL串口相连，需要微处理器提供12V供电。大尺寸串口触摸屏可显示专家控制曲线、烤房内部的环境数据、烟叶图像、排湿风门状态、燃烧机档位、系统电压、电流等，工作人员可以通过该大尺寸触摸屏监视系统的运行状态，并对烤房内部的烘烤参数进行调节。

本实施例提供的烤房远程控制系统还包括供电单元，用于将外部输入的220V交流电转换为微处理器所需的电压；具体的，该供电单元包括交流直流转换模块和内部电源变换模块；

交流直流转换模块用于将外部输入的220V交流电转换为两路12V直流电；一路12V直流电直接对排湿风门供电，另一路12V直流电传输至内部电源变换模块；图6所示是本实施例提供的交流直流转换模块的电路图，如图6所示，自恢复保险F1和压敏电阻Z1组成防雷回路；220V交流通过整流桥D1后变换成约300V的直流；L2为EMI电感，C13为滤波电容；以U7LP3792为核心组成反激式开关电源，工作频率约64kHz；EF20为定制的高频开关变压器，输出电压12V。

内部电源变换模块用于将12V直流电转换为3.3V和5V直流电，为微控制器供电。图7所示是本实施例提供的内部电源变换模块的电路图，如图7所示，以U9SX2106为核心的开关电源将交流直流转换模块输出的12直流电转换成5V电源供给微处理器使用；U3BM1117-3.3芯片将U9SX2106输出的5V电源转换为3.3V供给微处理器使用。

作为本实施例的一个优选，该烤房远程控制系统还包括存储器，用于存储烤房的烘烤历史数据，便于后期查询使用；本实施例采用的存储器为一片512KB容量的SPIFLASH，由微处理器提供SPI FLASH的控制时序。

相比于现有的烟叶烘烤方式，本发明提供的一种基于物联网的烤房远程控制系统，微处理器依据云平台生成的专家控制曲线对烤房内部的烘烤工艺参数进行调节，实现了烘烤过程中的自动控制，并且无需专家现场指导，也无需人工现场监视，即可获得品质较高的烟叶；兼顾了远程操控和现场操控两种操作方式，操作方便，降低了劳动强度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于物联网的烤房远程控制系统，其特征在于，包括云平台、微控制器、参数调节机构、电量检测单元和图像采集机构；

所述云平台中预存有专家控制曲线，所述专家控制曲线包括烘烤过程中的不同烘烤阶段对应的烘烤参数；所述烘烤参数包括温度、湿度和烘烤时间；

所述图像采集机构用于拍摄的烘烤过程中的烟叶图像；云平台通过微控制器获取所述烟叶图像，并根据烟叶图像对预存的专家控制曲线进行调整；

所述微控制器用于根据所述专家控制曲线生成第一调节指令，所述第一调节指令用于控制所述参数调节机构对烤房内部的烘烤参数进行调节；

所述参数调节机构包括变频器、排湿风门和燃烧机，分别用于根据调节指令对烤房内部的风速、湿度和温度进行调节；所述燃烧机包括送料电机、点火电机、鼓风电机和排渣电机；微控制器通过继电器分别控制送料电机、点火电机、鼓风电机和排渣电机，通过控制燃烧机的开闭和档位对烤房内的温度进行调节；

所述排湿风门的接口电路包括H桥驱动芯片、电流检测电阻和运放放大器；所述H桥驱动芯片的输入端子连接微处理器，接收微处理器发出的正反转信号，控制电机正反转；所述电流检测电阻的一端分别连接H桥驱动芯片的输出端子和运放放大器的同相输入端，另一端接地；所述运放放大器的输出端连接微处理器；电机的电流在电流检测电阻上产生压降，被运放放大器放大后输入给微处理器；所述电量检测单元用于检测系统的电量数据，所述电量数据包括供电电压、消耗电流、用电功率、用电量；微控制器根据获取的所述电量数据来诊断燃烧机的送料、点火、保火是否正常，并在电量数据超过预设的安全阈值时发出告警信号；电量检测单元的电路包括光耦隔离器U16、三端稳压电源U17、二极管D9、晶体管Q5、电量计量芯片U15、降压电容C44和放电电阻R6、R11；

所述光耦隔离器U16的第一输入端连接三端稳压电源U17的输出端，第二输入端连接电量计量芯片U15的输出端子，光耦隔离器U16的输出端连接微处理器；三端稳压电源的输入端U17连接二极管D9的负极，二极管D9的正极连接晶体管Q5的集电极，晶体管Q5的门极连接三端稳压电源U17的接地端，发射极连接电量计量芯片U15的输入端子；降压电容和放电电阻并联设置，一端连接二极管D9的正极，另一端连接电量计量芯片的输入端子；

电量计量芯片U15用来计算供电电源的电压、电流、功率和用电量；二极管D9和晶体管Q5组成整流回路，用于将交流电变换成直流电；光耦隔离器U16将电量计量芯片U15的串口输出信号隔离输出给微处理器；

还包括交流直流转换模块和电源变换模块；

所述交流直流转换模块用于将外部输入的220V交流电转换为两路12V直流电；一路12V直流电直接对排湿风门供电，另一路12V直流电传输至内部电源变换模块；

所述电源变换模块用于将12V直流电转换为3.3V和5V直流电，为微控制器供电。

2.如权利要求1所述的烤房远程控制系统，其特征在于，所述微控制器与云平台之间通过无线通讯模块进行通信，所述无线通信模块为NB-IoT、LoRa、GPRS、WiFi、zigbee、蓝牙中的任一种。

3.如权利要求1所述的烤房远程控制系统，其特征在于，还包括与微控制器通信连接的环境监控机构，用于采集烤房内部的环境数据，所述环境数据包括温度、湿度和风速；微控制器获取所述环境数据并在其超过预设的安全阈值时发出告警信号。

4.如权利要求3所述的烤房远程控制系统，其特征在于，还包括移动终端，所述移动终端通过云平台获取所述环境数据和烟叶图像，并用于接收外部输入的第二调节指令并将所述第二调节指令通过云平台传输至微控制器。

5.如权利要求3所述的烤房远程控制系统，其特征在于，还包括与微控制器通信连接的触摸屏，所述触摸屏用于显示专家控制曲线、烤房内部的环境数据和烟叶图像，并用于接收外部输入的第三调节指令并将所述第三调节指令传输至微控制器。

6.如权利要求1所述的烤房远程控制系统，其特征在于，还包括继电器，所述继电器用于根据微控制器发出的调节指令控制燃烧机的开闭和档位。

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