CN114916322A - 一种新型智能环流通风小型储粮仓及其监测方法 - Google Patents

一种新型智能环流通风小型储粮仓及其监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型智能环流通风小型储粮仓，包括：仓顶；仓体，其顶端连接所述仓顶；多个通风孔，其沿所述仓体的周向开设；外风道，其缠绕设置在所述仓体的外部，能够覆盖并连通所述通风孔；内部集风箱，其设置在所述仓体的底部，并朝向所述仓顶；送风机构，其支撑设置在所述仓体的一侧，并同时连通所述内风道和所述外风道。仓体结构采用环流通风风道，整个风道盘旋于整个仓体，内有孔隙，风通过风道孔隙进入粮堆；在仓底装有温湿度传感器及称重传感器，实时监测仓体温湿度及重量，使通风效果更均匀又节省了空间。本发明还提供一种新型智能环流通风储粮仓的监测方法，能够对粮仓的通风状态进行评级，在粮情异常时进行预警。

Description

一种新型智能环流通风小型储粮仓及其监测方法
技术领域
本发明涉及一种新型智能环流通风小型储粮仓及其监测方法，属于粮食储藏领域。
背景技术
粮堆本身就是热的不良导体，粮堆内生物体进行活动会产生热量聚集，另外粮食自身呼吸也会产生热量。倘若通风不均匀会产生温差，温差越大，结露和霉变越严重。现有储粮仓及通风系统都是针对大型粮库设计，针对储粮用户及收粮户的智能小型仓粮仓种类较少，多为普通储粮仓，内部通风不均匀问题未得到很好解决。为了避免农户储粮期发生粮食出现霉变、结露等问题，本发明设计一款新型智能环流通风小型储粮仓，利用新型通风管道设计，内外风道配合使用让粮层内部通风均匀。通过温湿度传感器监测仓内温湿度的变化，利用称重传感器监测粮仓重量变化，定期采集信息计算出仓内粮食水分的变化量。如有粮情预警，依据现有通风准则，对粮食进行通风管理。本发明通过创新性环流通风结构及智能控制系统，解决粮堆内部因自身水分、温湿度及外界环境因素导致结露、发霉等问题，实现安全储粮。另外，本仓环流通风结构也可适用于大型粮仓，保障仓内粮堆通风均匀。
发明内容
本发明设计开发了一种新型智能环流通风小型储粮仓，通过通风孔与外风道和集风箱的配合，克服仓体内部受风不均匀而导致的仓体内局部过热的问题。
本发明还设计开发了一种新型智能环流通风小型储粮仓的监测方法，通过粮仓内的温湿度、重量以及水分变化进行监测，并通过SVM算法和模糊控制方法对粮仓的通风状态进行评级，在粮情异常时进行预警，提高粮食的储藏质量，保证了粮仓的通风情况。
本发明提供的技术方案为：
一种新型智能环流通风小型储粮仓，包括：
仓顶；
仓体，其顶端连接所述仓顶；
多个通风孔，其沿所述仓体的周向开设；
外风道，其缠绕设置在所述仓体的外部，能够覆盖并连通所述通风孔；
内风道，其设置在所述仓体的底部，并朝向所述仓顶；
送风机构，其支撑设置在所述仓体的一侧，并同时连通所述内风道和所述外风道。
优选的是，还包括：
外部集风箱，其设置在所述仓体的下部，所述仓体的下部一侧向外延伸，形成延伸部，所述延伸部为外部集风箱，所述外部集风箱同时与所述送风机构和所述外风道的进风口相连通。
优选的是，还包括：
多个连接板，其沿所述仓体的顶部周向设置，所述连接板的一端连接所述仓体的顶部，另一端连接所述仓顶。
优选的是，所述内风道包括：
底盘，其内部具有容纳腔；
多个出风圆筒，其沿周向设置在所述底盘上，并与所述底盘相连通，所述出风圆筒的出口朝向所述仓体的顶部；
内风道连接口，其设置在所述底盘的一侧，并与所述送风机构相连通。
优选的是，所述送风机构包括：
风机基础，其支撑设置在所述仓体的一侧；
离心风机，其设置在所述风机基础上，所述离心风机的输出端同时连通所述外部集风箱和所述内风道连接口。
优选的是，所述仓体底部设置有温度传感器，所述仓体内部设置有称重传感器。
优选的是，所述仓体下部设置有仓门，所述仓门与所述仓体之间为滑动连接。
一种新型智能环流通风小型储粮仓的监测方法，使用所述的新型智能环流通风小型储粮仓，包括：
通过粮仓内部的温湿度传感器监测粮仓内粮食的温度湿度，通过粮仓底部的称重传感器测量粮仓内粮食的重量变化，通过水分测定公式得到粮食的水分含量，
温湿度传感器和称重传感器与监测系统电联接，监测系统实施监测粮仓内的温湿度和重量变化信息，计算水分的实时变化；
监测系统将粮仓内的温湿度变化、重量变化信息和水分含量信息与设定的标准值进行匹配对比，输出匹配信息和无匹配信息，并对粮仓的通风状态等级进行评定，在粮情异常时进行报警。
优选的是，通过SVM算法对粮仓内的监控信息进行匹配对比，包括：
设定监测到的粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息中共有L条航迹，并将其作为匹配源，粮仓内的温湿度信息标准值、粮仓的重量信息标准值以及水分变化信息标准值共有P条航迹，并将其作为对比源；
逐一从匹配源中取出一条航迹与对比源的航迹进行筛选，提取特征值样本，进行SVM训练，输出匹配识别结果；
其中，SVM算法类型为C-SVC，核函数为RBF，C为316，g为0.48；
所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息与粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹标准值之间的平均距离计算公式为：
Figure BDA0003629465830000031
式中，
Figure BDA0003629465830000032
为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹中第i航迹点坐标，
Figure BDA0003629465830000033
为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息标准值航迹点坐标，W(A)为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹路源中的一个目标一段时间的轨迹点数，W(B)为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹路源相同的一段时间的目标的轨迹点数。
优选的是，通过模糊控制对粮仓的通风状态进行判定，包括：
分别将所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配信息结果和所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配结果转化为模糊论域中的量化等级；
将所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配信息结果和所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配结果输入模糊控制模型，所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配结果分为5个等级，所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配结果分为5个等级；
模糊控制模型的输出为粮仓的通风等级，将粮仓的通风等级分为5级。
本发明所述的有益效果：
1.仓体结构采用环流通风风道，整个风道盘旋于整个仓体，内有孔隙，风通过风道孔隙进入粮堆。
2.仓体内部装有温湿度传感器，仓体底部装有称重传感器，实时监测仓体温湿度及重量，通过重量检测体现储藏通风过程中的水分变化，智能控制通风及监控仓内温湿度变化。
3.出仓口仓门设计，采用滑动仓门，即提高仓体密封性，使通风效果更均匀又节省了空间，使整个仓体更紧凑。
4、本发明提供的新型智能环流通风小型储粮仓的监测方法，通过粮仓内的温湿度、重量以及水分变化进行监测，并通过SVM算法和模糊控制方法对粮仓的通风状态进行评级，在粮情异常时进行预警，提高粮食的储藏质量，保证了粮仓的通风情况。
附图说明
图1为本发明所述的新型智能环流通风小型储粮仓的结构示意图。
图2为本发明所述的新型智能环流通风小型储粮仓的立体结构图。
图3为本发明所述的新型智能环流通风小型储粮仓的半剖示意图。
图4为本发明所述的新型智能环流通风小型储粮仓的仓体局部剖面图。
图5为本发明所述的内风道的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-5所示，本发明提供一种新型智能环流通风小型储粮仓，包括：仓顶110、连接板120、仓体130、外风道131、通风孔132、送风机140、风机基础150、仓门160、外部集风箱170、底盘181、出风圆筒182、测量模块190。
仓体130通过支脚水平放置，仓顶110与仓体130通过多个间隔设置的连接板120进行连接，多个通风孔132沿仓体的周向开设，外风道131缠绕设置在仓体的外部，能够覆盖并连通通风孔132，内部集风箱设置在仓体的底部，并朝向仓顶110，送风机构支撑设置在仓体130的一侧，在仓体130的下部，仓体130的一侧向外延伸，形成延伸部，其为外部集风箱170，外部集风箱170同时与送风机140和外风道130的进风口连通，通过外部集风箱170将送风机140的风引入到外风道130中，再通过通风孔130吹向仓体130，在仓体130的底部设置有多个重力传感器。
仓体130为圆柱体结构，底部封闭，内部具有容纳腔，在仓体130的底部设置有多个支脚，并在支脚的底部设置有多个重力传感器，仓体的顶部为敞开式结构。
在仓体130的顶端，沿周向设置有多个连接板120，多个连接板120之间等间距间隔设置，连接板120的一端连接仓体的顶端，另一端连接仓顶，仓顶为锥体结构。
多个通风孔132沿仓体130的周向等间距开设，外风道131盘旋缠绕在仓体130的外部，能够覆盖并连通所有的通风孔132，仓体130的下部一侧向外延伸，形成延伸部，该延伸部为外部集风箱140。
送风机构支撑设置在仓体的一侧，包括：风机基础150和离心风机140，其中，风机基础150设置在水平面上，离心风机140固定设置在风机基础150上，与离心风机140同时和外部集风箱140以及外风道131进风口的一端相连通，离心风机通过外部集风箱140将风吹进外风道131，再通过通风孔132吹进粮仓内部的粮食。
同时，在仓体130的仓底部，设置有内风道，内风道包括：底盘181、出风圆筒182以及连接口183，底盘181为圆盘形结构，内部具有容纳腔，多个出风圆筒182在底盘181上沿周向设置，并与底盘181相连通，出风圆筒的顶部朝向仓顶110，连接口183设置在底盘181的一侧，并与离心风机向连通，通过出风圆筒182将风吹向粮仓内部的粮食，从仓体130的顶部溢出。
在仓体130的下部，设置有仓门160，仓门160与仓体130之间采用滑动连接，提高仓体密封性，使通风效果更均匀又节省了空间，使整个仓体更紧凑。
在仓体130的底部，设置测量模块190，包括：温度传感器和重量传感器以及压力传感器，实时监测仓体温湿度及重量，通过重量检测体现储藏通风过程中的水分变化，智能控制通风及监控仓内温湿度变化；并在仓体130的底部安装压力传感器，实时监测粮食内部压力信息，根据粮食重量计算模型，计算处粮仓储粮重量，粮仓内部也安装温湿度传感器，并按照数据变化判断粮食是否安全。
压力传感器检测时，即可实时监测储粮数量，测量精度较高，同时还能判断空仓、满仓、倒仓状态，进行异常粮情报警等。
本发明还提供一种新型智能环流通风储粮仓的监测方法，并通过SVM算法和模糊控制方法对粮仓的通风状态进行评级，在粮情异常时进行预警，提高粮食的储藏质量，包括：
通过粮仓内部的温湿度传感器监测粮仓内粮食的温度湿度，通过粮仓底部的称重传感器测量粮仓内粮食的重量变化，通过水分测定公式得到粮食的水分含量，
温湿度传感器和称重传感器与监测系统电联接，监测系统实施监测粮仓内的温湿度和重量变化信息，计算水分的实时变化；
监测系统将粮仓内的温湿度变化、重量变化信息和水分含量信息与设定的标准值进行匹配对比，输出匹配信息和无匹配信息，并对粮仓的通风状态等级进行评定，在粮情异常时进行报警。
水分测定包括：
粮食湿基水分M，即含水分百分比，公式如下：
Figure BDA0003629465830000071
上式中，mw0代表初始粮食水分质量，md代表绝干粮食质量；mw0+md＝mm代表两者之和，即粮食总的质量。
入仓前先测初始水分M0和粮食的总重量mm，利用上述水分公式可以得到mw0。由于mw0+md＝mm，因此可得到md，绝干粮食质量md在整个检测过程中保持不变。
入仓后，通过称重传感器和测控系统可以直接得到检测t时刻粮食的总重量mmt，利用入仓前计算得到的md，通过公式mwt+md＝mmt得到t时刻粮食水分质量mwt，利用
Figure BDA0003629465830000072
可以直接算出检测t时刻的水分Mwt。
通过SVM算法对粮仓内的监控信息进行匹配对比，包括：
设定监测到的粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息中共有L条航迹，并将其作为匹配源，粮仓内的温湿度信息标准值、粮仓的重量信息标准值以及水分变化信息标准值共有P条航迹，并将其作为对比源；
逐一从匹配源中取出一条航迹与对比源的航迹进行筛选，提取特征值样本，进行SVM训练，输出匹配识别结果；
其中，SVM算法类型为C-SVC，核函数为RBF，C为316，g为0.48；
两条比较航迹在同时有效时间段内，所有的固定点间隔比较点的坐标平均值就是平均距离，平均值越大，两条轨迹为同一目标的可能性就越大，采用欧式距离与坐标点平均值计算得出粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息与粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹标准值之间的平均距离计算公式为：
Figure BDA0003629465830000081
式中，
Figure BDA0003629465830000082
为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹中第i航迹点坐标，
Figure BDA0003629465830000083
为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息标准值航迹点坐标，W(A)为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹路源中的一个目标一段时间的轨迹点数，W(B)为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹路源相同的一段时间的目标的轨迹点数。
通过模糊控制对粮仓的通风状态进行判定，包括：
分别将粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配信息结果和粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配结果转化为模糊论域中的量化等级；
将粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配信息结果和粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配结果输入模糊控制模型，粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配结果分为5个等级，所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配结果分为5个等级；
模糊控制模型的输出为粮仓的通风等级，将粮仓的通风等级分为5级。
粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配信息结果绝对值Eδ的论域为[0，1]，粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配信息结果ET为的论域为[0，1]，粮仓通风等级的论域为[0，1]，设定粮仓通风的等级的阈值为038～0.45中的一个值，在本发明中，作为一种优选，阈值为0.44。
其中，粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配信息结果绝对值的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配信息结果绝对值的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}；建筑物整体安全指数的模糊集为{S，SM，M，MB，B}，隶属函数均选用三角函数。
模糊控制模型的控制规则为：
如果粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配信息结果绝对值为“PVB”，粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配信息结果绝对值“PVB”则所述通风等级“B”，粮仓需要通风等级最高；
如果粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配信息结果绝对值为“ZO”，粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配信息结果绝对值为“ZO”，粮仓通风等级为“S”，则粮仓通风等级为最低，粮情异常，需要预警；
如果粮仓的通风等级“B”，则表示粮仓的通风等级最高；如果粮仓的通风等级为“SM或MB”，则表示粮仓的通风等级处理合理范围内；如果粮仓的等级为“M”，则为粮仓通风等级的阈值，表示粮仓的通风等级最适合，如表1所示：
表1模糊控制规则
Figure BDA0003629465830000091
通过SVM算法和模糊控制方法对粮仓的通风状态进行评级，在粮情异常时进行预警，提高粮食的储藏质量，保证了粮仓的通风情况。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种新型智能环流通风小型储粮仓，其特征在于，包括：
仓顶；
仓体，其顶端连接所述仓顶；
多个通风孔，其沿所述仓体的周向开设；
外风道，其缠绕设置在所述仓体的外部，能够覆盖并连通所述通风孔；
内风道，其设置在所述仓体的底部，并朝向所述仓顶；
送风机构，其支撑设置在所述仓体的一侧，并同时连通所述内风道和所述外风道。
2.根据权利要求1所述的新型智能环流通风小型储粮仓，其特征在于，还包括：
外部集风箱，其设置在所述仓体的下部，所述仓体的下部一侧向外延伸，形成延伸部，所述延伸部为外部集风箱，所述外部集风箱同时与所述送风机构和所述外风道的进风口相连通。
3.根据权利要求2所述的新型智能环流通风小型储粮仓，其特征在于，还包括：
多个连接板，其沿所述仓体的顶部周向设置，所述连接板的一端连接所述仓体的顶部，另一端连接所述仓顶。
4.根据权利要求3所述的新型智能环流通风小型储粮仓，其特征在于，所述内风道包括：
底盘，其内部具有容纳腔；
多个出风圆筒，其沿周向设置在所述底盘上，并与所述底盘相连通，所述出风圆筒的出口朝向所述仓体的顶部；
内风道连接口，其设置在所述底盘的一侧，并与所述送风机构相连通。
5.根据权利要求4所述的新型智能环流通风小型储粮仓，其特征在于，所述送风机构包括：
风机基础，其支撑设置在所述仓体的一侧；
离心风机，其设置在所述风机基础上，所述离心风机的输出端同时连通所述外部集风箱和所述内风道连接口。
6.根据权利要求5所述的新型智能环流通风小型储粮仓，其特征在于，所述仓体底部设置有温度传感器，所述仓体内部设置有称重传感器。
7.根据权利要求6所述的新型智能环流通风小型储粮仓，其特征在于，所述仓体下部设置有仓门，所述仓门与所述仓体之间为滑动连接。
8.一种新型智能环流通风小型储粮仓的监测方法，其特征在于，使用权利要求1-7任意一项所述的新型智能环流通风小型储粮仓，包括：
通过粮仓内部的温湿度传感器监测粮仓内粮食的温度湿度，通过粮仓底部的称重传感器测量粮仓内粮食的重量变化，通过水分测定公式得到粮食的水分含量，
温湿度传感器和称重传感器与监测系统电联接，监测系统实施监测粮仓内的温湿度和重量变化信息，计算水分的实时变化；
监测系统将粮仓内的温湿度变化、重量变化信息和水分含量信息与设定的标准值进行匹配对比，输出匹配信息和无匹配信息，并对粮仓的通风状态等级进行评定，在粮情异常时进行报警。
9.根据权利要求8所述的新型智能环流通风小型储粮仓的监测方法，其特征在于，通过SVM算法对粮仓内的监控信息进行匹配对比，包括：
设定监测到的粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息中共有L条航迹，并将其作为匹配源，粮仓内的温湿度信息标准值、粮仓的重量信息标准值以及水分变化信息标准值共有P条航迹，并将其作为对比源；
逐一从匹配源中取出一条航迹与对比源的航迹进行筛选，提取特征值样本，进行SVM训练，输出匹配识别结果；
其中，SVM算法类型为C-SVC，核函数为RBF，C为316，g为0.48；
所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息与粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹标准值之间的平均距离计算公式为：
Figure FDA0003629465820000031
式中，
Figure FDA0003629465820000032
为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹中第i航迹点坐标，
Figure FDA0003629465820000033
为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息标准值航迹点坐标，W(A)为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹路源中的一个目标一段时间的轨迹点数，W(B)为所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息航迹路源相同的一段时间的目标的轨迹点数。
10.根据权利要求9所述的新型智能环流通风小型储粮仓的监测方法，其特征在于，通过模糊控制对粮仓的通风状态进行判定，包括：
分别将所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配信息结果和所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配结果转化为模糊论域中的量化等级；
将所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配信息结果和所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配结果输入模糊控制模型，所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的匹配结果分为5个等级，所述粮仓内的温湿度信息、粮仓重量信息以及水分变化信息的无匹配结果分为5个等级；
模糊控制模型的输出为粮仓的通风等级，将粮仓的通风等级分为5级。
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