CN212513142U - 一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及粮食检测领域，尤其涉及一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，包括远程终端设备、数据处理单元、CAN总线单元以及若干用于检测粮食水分和温度的传感检测装置，数据处理单元与远程终端设备通讯连接，传感检测装置通过CAN总线单元与数据处理单元电性连接；CAN总线单元中包含有CAN总线的载体线，载体线上设置有一个信号收发节点和若干信号检测节点，数据处理单元电性连接于信号收发节点处，每个信号检测节点上都对应电性连接有一个传感检测装置。本技术方案采用总线方式实现远距离、多节点实时监控，进一步可通过增加检测节点以增大整个监测系统的作用空间，打破了传统检测装置作用空间的局限性，满足粮仓数量多、体积大的使用需求。

Description

一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及粮食检测领域，尤其涉及一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置。

背景技术

中国是人口大国，对于粮食的管控十分重视，为了能妥善应对突发情况，需要做到未雨绸缪，即国家实行最低收购价收购粮食，将这收购得来的粮食储存起来，以保护农民利益，当粮食市场价过高时，国家将最低收购价收购储存的粮食投放市场，起到平抑粮价的作用，保护广大消费者利益。因此，为确保粮食质量，避免粮食在储存期间霉变、虫蚀等。粮食的储存问题受到了各个粮食管控机构的重视。

在粮食的储存过程中，粮食的温室度是影响粮食质量的重要因素，即温度和湿度过高是增加粮食发霉和变质的危险性因素，由此，粮食的温湿度管控尤为重。而目前关于粮食温、湿度检测的技术普遍为取样检测，此方法费时费力，且由于不能实时监测，导致不能第一时间了解粮食情况，粮食仍然存在较大的变质风险。目前也有一些关于粮食温、湿度检测的装置，但由于粮食管控机构的粮仓数量多、体积大，现有的检测装置作用空间有限，管理起来较为麻烦，实用性不高。

发明内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点；针对上述现有技术中存在的问题，本技术方案提供一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，采用总线方式实现远距离、多节点实时监控，进一步可通过增加检测节点满足粮仓数量多、体积大的需求。

具体通过以下技术方案实现：

一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，其特征在于：包括远程终端设备、数据处理单元、CAN总线单元以及若干用于检测粮食水分和温度的传感检测装置，数据处理单元与远程终端设备通讯连接，传感检测装置通过CAN总线单元与数据处理单元电性连接；其中，远程数据接收服务器是指布置数据库和后台处理及显示软件的上位计算机设备（如可采用IBM-PC兼容机），在本技术方案中主要用于对传感检测装置检测到的数据进行接收、管理和储存，以及控制命令的发送和工作人员对数据的访问，同时以多种方式（如三维立体数字、三维立体图形、曲线图、表格等）显示和打印温度及水分信息。所述CAN总线单元中包含有CAN总线的载体线，CAN总线的载体线一般为一条双绞线（双绞线中包含了一条高位数据线和一条低位数据线），载体线上设置有一个信号收发节点和若干信号检测节点，数据处理单元电性连接于信号收发节点处，每个信号检测节点上都对应电性连接有一个传感检测装置。信号检测节点以单片机为核心，主要负责接收传感检测装置检测到的信号，并将信号进行打包处理后通过CAN总线发送至信号收发节点；信号收发节点主要有两个功能：一是作为数据处理单元与CAN总线的接口，完成CAN总线数据与数据处理单元上的RS-232接口的数据转换，对信号检测节点传送过来的数据信息进行缓存，二是负责协调数据处理单元与各个信号检测节点的通信，以确保各个节点的检测数据能够快速、准确地传给数据处理单元，信号收发节点通过CAN总线接收经过打包处理后的信号，并将该信号传输至数据处理单元；进一步的，数据处理单元中包含了微处理器和4G/5G模块（即4G无线传输模块和5G无线传输模块，如可采用ZWNET4352型号的设备，可实现4G无线传输，并且在无4G信号覆盖的区域可自动向下兼容3G和2G网段），数据处理单元通过4G/5G模块与所述远程终端设备通讯连接，微处理器按照数据处理单元和传感检测装置之间已定义的通信协议，将数据处理单元接收到的各传感检测装置的采集信号进行解析，并得到实际的检测数值，然后按照传感检测装置与远程终端设备之间的通信协议封装检测数值；利用4G/5G模块通过公网连接服务器，将实际的检测数值上传至远程终端设备。

优选的，所述传感检测装置包括传感单元和信号采集模块；传感单元包括安装座以及设置于安装座内且与信号采集模块电性连接的水分传感器和温度传感器；进一步的，所述信号采集模块布包括PCB板和用于保护PCB板的封装壳体，PCB板布设有用于实现信号采集、转换和传输的模拟电路，壳体中设置有用于为模拟电路供电的电源模块。

优选的，所述模拟电路中包含有信号采集电路以及分别与信号采集电路电性连接的R-C积分电路和R-V转换电路，水分传感器与R-C积分电路电性连接，温度传感器与R-V转换电路电性连接，信号采集电路与CAN总线单元的信号检测节点电性连接。

优选的，所述电源模块包含有可拆卸充电蓄电池，具体的，还包含有供电电路，蓄电池与供电电路相互配合，为传感检测装置提供可靠电源。

优选的，所述数据处理单元包括微处理器和4G/5G模块，且数据处理单元通过4G/5G模块与所述远程终端设备通讯连接。

优选的，所述水分传感器采用5TM型FDR水分传感器，所述温度传感器采用PT1000型温度传感器。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1）本技术方案根据目前粮食储藏管理的发展需要，利用CAN总线通讯技术实现对粮食管控机构的粮食温度和水分进行多点检测，具体的，可通过在CAN总线中设置多处信号检测节点，以增加传感检测装置的连接点，如此便可实现在一个或多个粮仓中设置多个粮食检测点，一个传感检测装置对应一个粮食检测点，若干传感检测装置相互配合，增大了整个监测系统的作用空间，打破了传统检测装置作用空间的局限性，进一步增加本技术方案的实用性，即，使本技术方案更好的满足与现代粮食储备库的使用需求（即粮仓数量多、体积大）；

2）本技术方案目前粮食储藏管理进一步的发展需要，利用远程管理技术，满足现代化粮库的数字式粮情检测管理需求，即利用远程终端设备结合网络通讯技术实现对仓库内粮食的温度和水分进行实时监管，并可以多种方式（三维立体数字、三维立体图形、曲线图、表格等）显示、打印粮食的温度和水分信息，以帮助仓库保管人员掌握粮食实时温湿度情况，节约时间，以便于做出相应处理措施，从而实现粮情综合管理，进一步提高工作效率。

3）本技术方案采用CAN总线通讯方式，CAN总线设置的节点数最多可达110个，线路总长最远距离可达1000m，两节点之间的距离间隔无特殊要求，只需所有传感检测装置与同一总线连接即可，因此可以实现后期在不增加监测系统复杂程度的条件下，允许更多具有该总线通信方式的传感检测装置接入，传感检测装置可以即插即用，维护使用方便、安装调整简单方便，便于后期在节约成本的条件下根据实际需要增加粮食检测点。

4）采用的5TM型FDR水分传感器作为项目产品的粮食水分检测敏感器件；它尺寸小（仅为100mm X 32mm X 18mm）、工作稳定性好，其粮食水分检测精度可以达到±0.1%，批量采购的价格仅仅只有600元人民币左右，远低于其他厂家使用的以近红外线、微波检测等原理制造的水分传感器，采用 PT1000型铂电阻温度传感器，此温度传感器尺寸小（仅为2mm X2mm X 1.5mm），可以集成在水分传感器电路里面，可以长时间连续稳定的工作，其温度校准精度可以达到±0.1℃，而其批量采购价仅仅只有6元人民币左右，使得本实用新型设计的高精度粮食在线水分检测仪体积只有1000cm³，体积不到一般粮食水分检测仪体积的1/20；重量只有400g，不到一般粮食水分检测仪1/5；而检测精度则可以达到±0.2%。

附图说明

图1为本本技术方案整体结构示意框图；

图2为本技术方案中的传感检测装置结构示意图；

图3为本技术方案模拟电路中的信号采集电路结构示意图；

图4为本技术方案模拟电路中的R-C积分电路结构示意图；

图5为本技术方案模拟电路中的R-V转换电路结构示意图；

图中：

1、封装壳体；2、PCB板；3、R-C积分电路；4、R-V转换电路；5、电源模块；6、信号采集电路；7、安装座；8、温度传感器；9、水分传感器；10、连接线。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本实用新型目的技术方案，需要说明的是，本实用新型要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。下文对本技术方案中的部分元器件的选用型号进行了举例，需要说明的是，本技术方案中的元器件可以、但不限于选用以下例举的型号。

实施例1

本实施例公开了一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，作为本实用新型一种基本的实施方案，一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，其特征在于：包括远程终端设备、数据处理单元、CAN总线单元以及若干用于检测粮食水分和温度的传感检测装置，数据处理单元与远程终端设备通讯连接，传感检测装置通过CAN总线单元与数据处理单元电性连接；CAN总线单元中包含有CAN总线的载体线，载体线上设置有一个信号收发节点和若干信号检测节点，数据处理单元电性连接于信号收发节点处，每个信号检测节点上都对应电性连接有一个传感检测装置。

本技术方案在实际运用中，首先可在粮仓上设置多个粮食检测点，将本技术方案中的传感监测装置一一对应的设置于粮食检测点处，将CAN总线的载体线布设于粮食储备库中，并在相应的位置设置信号检测节点，以便接入传感检测装置；其中，每个CAN节点（包括信号收发节点和信号检测节点）中都设置有包含微控制器（如STC89LE54RD十）和CAN控制器（如SJA1000）的模拟电路，微控制器与CAN控制器电性连接，构成一个最小系统节点；微控制其主要用于执行CAN控制且发出的命令，以及协调传感检测装置与CAN控制器之间的信号传输；传感检测装置与信号检测节点中的微控制器电性连接，数据处理模块与信号收发节点中的微控制器电性连接；CAN控制器上连接有接口芯片，CAN控制器通过接口芯片与CAN总线的载体线电性连接。进一步的，为了方便安装，使传感检测装置能即插即用于监测系统中，信号检测节点可以以混合信号微处理器C8051F041为核心，构建可连接传感检测装置的智能转换接口，将传感监测装置的输出信息转换为CAN总线上的报文信息，通过外接的CAN驱动器（即CAN控制器的接口芯片，如CTM8251T），最终接入CAN总线的载体线，以CAN控制器为核心构成一个信号检测节点，通过定义CAN应用层协议，使传感检测装置接入后立即以较低优先级传送传感器（包括温度传感器8和水分传感器9）电子数据表单，接收必要的参数设定，从而实现传感检测装置即插即用；基于CAN总线是半双工工作模式，且不同传感检测装置连接的信号检测节点不同，传感监测装置中固化有不同的地址信息，因此，所有传感器可同一时间采集数据，不同时间将数据传送到数据处理单元中，为分辨出不同时刻采集的检测参数，在数据处理单元与各不同传感监测装置的通信协议中规定有与各粮食检测点对应的传感检测装置地址这一项数据字段回传编号，不同时刻的同步采集信号对应不同采集数据的回传编号；数据处理单元接收到的各传感检测装置的采集信号进行解析，并得到实际的检测数值，然后按照传感检测装置与远程终端设备之间的通信协议封装检测数值，再通过公网连接服务器，将实际的检测数值上传至远程终端设备，远程终端设备将检测数值可以通过多种方式（三维立体数字、三维立体图形、曲线图、表格等）进行显示和打印 。本技术方案根据目前粮食储藏管理的发展需要，利用CAN总线通讯技术实现对粮食管控机构的粮食温度和水分进行多点检测，具体的，可通过在CAN总线中设置多处信号检测节点，以增加传感检测装置的连接点，如此便可实现在一个或多个粮仓中设置多个粮食检测点，一个传感检测装置对应一个粮食检测点，若干传感检测装置相互配合，增大了整个监测系统的作用空间，打破了传统检测装置作用空间的局限性，进一步增加本技术方案的实用性，即，使本技术方案更好的满足与现代粮食储备库的使用需求（即粮仓数量多、体积大）；另外，CAN总线设置的节点数最多可达110个，线路总长最远距离可达1000m，两节点之间的距离间隔无特殊要求，只需所有传感检测装置与同一总线连接即可，因此可以实现后期在不增加监测系统复杂程度的条件下，允许更多具有该总线通信方式的传感检测装置接入，传感检测装置可以即插即用，维护使用方便、安装调整简单方便，便于后期在节约成本的条件下根据实际需要增加粮食检测点；进一步的本技术方案还利用远程管理技术，满足现代化粮库的数字式粮情检测管理需求，即利用远程终端设备结合网络通讯技术实现对仓库内粮食的温度和水分进行实时监管，并可以多种方式（三维立体数字、三维立体图形、曲线图、表格等）显示、打印粮食的温度和水分信息，以帮助仓库保管人员掌握粮食实时温湿度情况，节约时间，以便于做出相应处理措施，从而实现粮情综合管理，进一步提高工作效率。

实施例2

本实施例公开了一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，作为本实用新型一种优选的实施方案，即实施例1中，传感检测装置包括传感单元和信号采集模块；传感单元包括安装座7以及设置于安装座7内且与信号采集模块电性连接的水分传感器9和温度传感器8；信号采集模块布包括PCB板2和用于保护PCB板2的封装壳体1，PCB板2布设有用于实现信号采集、转换和传输的模拟电路，壳体中设置有用于为模拟电路供电的电源模块5；进一步的，电源模块5包含有可拆卸充电蓄电池。

本技术方案利用封装壳体1对信号采集模块进行保护，封装壳体1上嵌入设置有与模拟电路相通的接口，传感单元通过接口与模拟电路电性连接，具体的，安装座7上设置有连接线10，连接线10与接口连接，水分传感器9和温度传感器8通过连接线10与模拟电路电性连接，利用连接座固定水分传感器9和温度传感器8，以增加传感检测装置的一体化程度，进一步提高传感单元安装时的稳定性与安全性。

实施例3

本实施例公开了一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，作为本实用新型一种优选的实施方案，即实施例2中，模拟电路中包含有信号采集电路6以及分别与信号采集电路6电性连接的R-C积分电路3和R-V转换电路4，水分传感器9与R-C积分电路3电性连接，温度传感器8与R-V转换电路4电性连接，信号采集电路6与CAN总线单元的信号检测节点电性连接。数据处理单元包括微处理器和4G/5G模块，且数据处理单元通过4G/5G模块与所述远程终端设备通讯连接；水分传感器9采用5TM型FDR水分传感器9，所述温度传感器8采用PT1000型温度传感器8。

进一步的，信号采集电路6中可采用美国ATM公司的ATMega8A型单片机，设计中用到了单片机的ADC0模数采集口，为了最大限度的降低传感检测装置的功耗，进一步使系统运行更加稳定，可将单片机的运行频率设定为3.6864M，在有效测量范围内，5TM水分传感器9输出的脉冲最高电压为3.6V，频率为100Hz,经过RC积分求平均后的直流电压最高为1V。因此，单片机的ADC采集基准电压可采用单片机内部1.1V基准电压；其中使用内部基准电压的好处是可以使整个项目设计更为简单，省略了复杂的外部基准电路，更是节约了成本。而且单片机内部基准也比较稳定，对提升产品长期使用的稳定性有很大帮助。

进一步的，水分传感器9采用5TM型FDR水分传感器9，温度传感器8采用PT1000温度传感器8；在5TM型FDR水分传感器9的R-C积分电路3电路中，如图4，U2为5TM水分传感器9匹配电路模块，电阻R6为限流电阻，可确保5TM水分传感器9在长时间工作过程中，不会因为超负荷工作而降低使用寿命；C7、C8电源滤波电容，可确保5TM水分传感器9的工作电压始终恒定，不会受到其他电路工作时产生的电压杂波的干扰，从而确保了5TM水分传感器9采集数据的准确性，以及工作的长期稳定性；R9电阻和C9电容组成RC积分电路3，使5TM水分传感器9采集粮食水分输出的脉冲电压信号能够转化为稳定的直流电压信号，确保测量的稳定性，排除了瞬时干扰带来的测量不确定性；其中，5TM水分传感器9的3号脚输入单片机采集控制信号，输出信号经过RC积分后由ADC位置输出到单片机进行信号采集、分析、处理。进一步的，PT1000温度传感器8的R-V转换电路4中，R3为零位调整电阻，R3越大则Vout输出电压值越小，反之R3越小则Vout输出电压值越大；R4为满度调整电阻，R4越大，运算放大器放大倍数越小，R4越小，运算放大器放大倍数越大；经过此R-V变换电路，即可将热敏电阻PT1000的测量温度对应阻值变换为与之相对应的直流电压信号。采用这种方案具有水分、温度数据信号采集精度高、可实施效果好的有利之处。

Claims (7)

1.一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，其特征在于：包括远程终端设备、数据处理单元、CAN总线单元以及若干用于检测粮食水分和温度的传感检测装置，数据处理单元与远程终端设备通讯连接，传感检测装置通过CAN总线单元与数据处理单元电性连接；

所述CAN总线单元中包含有CAN总线的载体线，载体线上设置有一个信号收发节点和若干信号检测节点，数据处理单元电性连接于信号收发节点处，每个信号检测节点上都对应电性连接有一个传感检测装置。

2.如权利要求1所述一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，其特征在于：所述传感检测装置包括传感单元和信号采集模块；传感单元包括安装座（7）以及设置于安装座（7）内且与信号采集模块电性连接的水分传感器（9）和温度传感器（8）。

3.如权利要求2所述一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，其特征在于：所述信号采集模块布包括PCB板（2）和用于保护PCB板（2）的封装壳体（1），PCB板（2）布设有用于实现信号采集、转换和传输的模拟电路，壳体中设置有用于为模拟电路供电的电源模块（5）。

4.如权利要求3所述一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，其特征在于：所述模拟电路中包含有信号采集电路（6）以及分别与信号采集电路（6）电性连接的R-C积分电路（3）和R-V转换电路（4），水分传感器（9）与R-C积分电路（3）电性连接，温度传感器（8）与R-V转换电路（4）电性连接，信号采集电路（6）与CAN总线单元的信号检测节点电性连接。

5.如权利要求3所述一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，其特征在于：所述电源模块（5）包含有可拆卸充电蓄电池。

6.如权利要求2所述一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，其特征在于：所述水分传感器（9）采用5TM型FDR水分传感器（9），所述温度传感器（8）采用PT1000型温度传感器（8）。

7.如权利要求1所述一种基于检测粮食水分和温度的在线监测装置，其特征在于：所述数据处理单元包括微处理器和4G/5G模块，且数据处理单元通过4G/5G模块与所述远程终端设备通讯连接。

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