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糧情測(cè)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
目前國內(nèi)已有數(shù)十家企業(yè)生產(chǎn)糧情測(cè)控系統(tǒng)產(chǎn)品，品種繁多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，但其基本功能無外乎糧倉內(nèi)外溫濕度檢測(cè)、糧食內(nèi)部溫度檢測(cè)及分析、通風(fēng)機(jī)械的控制等幾項(xiàng)，鑒于糧食儲(chǔ)藏的特殊性，系統(tǒng)功能的重點(diǎn)放在了儲(chǔ)糧內(nèi)部溫度的檢測(cè)和分析上。糧情測(cè)控系統(tǒng)可以根據(jù)采用的溫度傳感器和通信方式的不同進(jìn)行如下分類： 1.按溫度傳感器分類
通常糧情測(cè)控系統(tǒng)主要選用熱敏電阻、數(shù)字式溫度傳感器作為溫度傳感器，也有選用其他溫度傳感器例如PN結(jié)型溫度傳感器的糧情測(cè)控系統(tǒng)。
1.1.熱敏電阻
以溫度變化導(dǎo)致阻值的變化為工作原理的熱敏電阻，因其具有成本低、體積小、簡(jiǎn)單、可靠、響應(yīng)速度快、容易使用等特點(diǎn)，在多項(xiàng)溫度測(cè)量應(yīng)用中受到廣泛歡迎，同樣也是國內(nèi)糧情測(cè)控系統(tǒng)采用最多的溫度傳感器。熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)較高，室溫電阻通常也較高，因此其自身發(fā)熱較小，信號(hào)調(diào)節(jié)較為簡(jiǎn)單。熱敏電阻的缺點(diǎn)是互換性差，溫度與輸出阻值之間呈非線性關(guān)系。熱敏電阻分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻兩種，但在溫度測(cè)量應(yīng)用中，正溫度系數(shù)熱敏電阻較少得到采用，更多采用的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。以下提及的熱敏電阻均指負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。采用熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情測(cè)控系統(tǒng)的硬件由上位機(jī)、通信接口電路、智能分機(jī)、溫度分線器、測(cè)溫電纜、濕度分線器、測(cè)濕探頭和通風(fēng)控制器組成。
在上位機(jī)上運(yùn)行糧情測(cè)控系統(tǒng)軟件，對(duì)檢測(cè)到的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)糧倉內(nèi)外溫濕度條件判斷是否可以進(jìn)行通風(fēng)，手動(dòng)或自動(dòng)控制通風(fēng)機(jī)械的啟動(dòng)和停止。通信轉(zhuǎn)換電路分為內(nèi)置式和外置式兩種，主要完成兩種通信協(xié)議之間的銜接轉(zhuǎn)換功能。智能分機(jī)是由微處理器、A/D轉(zhuǎn)換電路和通信電路等組成，主要功能包括接收上位機(jī)下達(dá)的指令、將現(xiàn)場(chǎng)采集上來的模擬信號(hào)數(shù)字化、向上位機(jī)傳送數(shù)字化的溫濕度值、向通風(fēng)控制器下達(dá)啟動(dòng)或停止指令等。溫濕度分線器主要完成接收智能分機(jī)下達(dá)的指令、將模擬開關(guān)切換到指定的溫濕度測(cè)量點(diǎn)等功能。通風(fēng)控制器主要功能是根據(jù)智能分機(jī)下達(dá)的指令控制通風(fēng)機(jī)械的啟動(dòng)和停止。智能分機(jī)與溫濕度分線器和通風(fēng)控制器之間均采用單根多芯電纜連接，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、維護(hù)方便、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。 采用熱敏電阻作為溫度傳感器的測(cè)溫電纜是糧情測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分，它是將多個(gè)熱敏電阻置入一根測(cè)溫電纜之中，電纜內(nèi)加細(xì)鋼絲繩提高抗拉強(qiáng)度、外加絕緣護(hù)套密封防腐。采用熱敏電阻作為溫度傳感器的糧情測(cè)控系統(tǒng)的溫度檢測(cè)范圍一般在－40℃～＋50℃之間，檢測(cè)精度為±1℃，完全滿足糧情溫度檢測(cè)的需要。根據(jù)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，一般在單根測(cè)溫電纜上置入3～4個(gè)熱敏電阻，特別適合房式倉儲(chǔ)糧環(huán)境。
1.2.數(shù)字式溫度傳感器
數(shù)字式溫度傳感器的種類也不少，但用于糧情測(cè)控系統(tǒng)的溫度傳感器主要是Dallas的DS18x20系列溫度傳感器，其溫度檢測(cè)范圍為－55℃～＋125℃，檢測(cè)精度為±0.5℃。DS18x20采用1－WireTM接口，封裝形式有PR－35和SSOP－16兩種，糧情測(cè)控系統(tǒng)中采用的是PR－35封裝。DS18x20采用9個(gè)位表示測(cè)溫點(diǎn)的溫度值，每個(gè)DS18x20內(nèi)部都設(shè)置有一個(gè)單一的序列號(hào)，因此可以使多個(gè)DS18x20共存于同一根數(shù)據(jù)傳輸線上。DS18x20內(nèi)部分為4個(gè)部分：1、64位序列號(hào)；2、保存臨時(shí)數(shù)據(jù)的8字節(jié)片內(nèi)RAM;3、保存永久數(shù)據(jù)的2字節(jié)EEPROM;4、溫度傳感器。
采用數(shù)字式溫度傳感器糧情測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與采用熱敏電阻糧情測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致相同，只是用測(cè)控單元替代了智能分機(jī)、擴(kuò)充接線器替代了溫度分線器。測(cè)控單元與智能分機(jī)的區(qū)別在于沒有用于將溫度信號(hào)數(shù)字化的A/D轉(zhuǎn)換電路，取而代之的是1－WireTM總線與上層通信總線之間的通信轉(zhuǎn)換電路，如果系統(tǒng)選用了數(shù)字式濕度傳感器則測(cè)控單元將完全由數(shù)字電路組成，而智能分機(jī)是由數(shù)字電路和模擬電路兩部分構(gòu)成的，這將使測(cè)控單元的電路設(shè)計(jì)更為容易。
采用DS18x20溫度傳感器的糧情測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)溫電纜與熱敏電阻測(cè)溫電纜大不相同，該測(cè)溫電纜最多只需3根導(dǎo)線即可連接多個(gè)DS18x20溫度傳感器。最為簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)是利用DS18x20可以通過數(shù)據(jù)線供電的特點(diǎn)，在測(cè)溫電纜中只放置兩根平行的細(xì)鋼絲繩即可連接多個(gè)DS18x20溫度傳感器，這樣不僅使測(cè)溫電纜的制造簡(jiǎn)便、成本下降，而且提高了測(cè)溫電纜的抗拉強(qiáng)度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點(diǎn)使得采用DS18x20溫度傳感器的糧情測(cè)控系統(tǒng)更適用于高大糧倉（諸如淺圓倉、立筒倉）的應(yīng)用環(huán)境，可以解決高大糧倉在不需重新安裝測(cè)溫電纜的情況下更換測(cè)溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對(duì)位置。由于這種溫度傳感器的價(jià)格比熱敏電阻高出許多，所以DS18x20溫度傳感器糧情測(cè)控系統(tǒng)在房式倉中應(yīng)用時(shí)不如熱敏電阻糧情測(cè)控系統(tǒng)更具有性能價(jià)格比的優(yōu)勢(shì)。
2.按通信方式分類
國內(nèi)糧情測(cè)控系統(tǒng)的通信方式主要采用RS485總線技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)兩種。
2.1.RS485總線技術(shù)
RS485是使用較為廣泛的雙向有補(bǔ)償傳輸線標(biāo)準(zhǔn)，其最大每段總線長(zhǎng)度為1200米，每段最多支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，采用單組雙絞線雙向主從通信。當(dāng)總線加長(zhǎng)或節(jié)點(diǎn)增多時(shí)需要使用中繼器連接，全網(wǎng)絡(luò)支持最多256個(gè)節(jié)點(diǎn)。
RS485通信技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，軟硬件實(shí)現(xiàn)較為容易，因此是國內(nèi)糧情測(cè)控系統(tǒng)采用較多的通信方式。由于RS485總線技術(shù)不支持多主結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)容量、通訊距離等方面具有很大的局限性，所以隨著現(xiàn)代化大型糧食儲(chǔ)備庫的逐年增多，RS485通訊方式顯得愈來愈力不從心。
2.2.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一個(gè)全新的總線技術(shù)，是一種互連現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備及其控制系統(tǒng)的雙向數(shù)字通訊協(xié)議，它的出現(xiàn)為自動(dòng)化控制和儀器儀表工業(yè)帶來了巨大的變革，它代表著未來發(fā)展的方向。目前國內(nèi)糧情測(cè)控系統(tǒng)采用了兩種現(xiàn)場(chǎng)總線：LONWORKS總線技術(shù)和CAN總線技術(shù)。
LONWORKS的技術(shù)特點(diǎn)是總線開放、互操作性強(qiáng)、可靠性高、通信速度最高可達(dá)1.25Mbit/s,最大通信距離可達(dá)2700米，最多節(jié)點(diǎn)數(shù)為32000個(gè)。由此可以看出它在性能上要比RS485總線好的多。
CAN總線技術(shù)在糧情測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用比LONWORKS總線技術(shù)更為廣泛。CAN總線技術(shù)具有先進(jìn)的多主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通訊距離遠(yuǎn)、價(jià)位低、可靠性高、系統(tǒng)容量大等優(yōu)點(diǎn)， CAN總線技術(shù)廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，取而代之的是對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)在理論上不受限制，從而大大增加了系統(tǒng)的容量，使得大型現(xiàn)代化儲(chǔ)備糧庫的糧情檢測(cè)控制在同一系統(tǒng)下得以實(shí)現(xiàn)。先進(jìn)的多主結(jié)構(gòu)不僅使得系統(tǒng)內(nèi)可以有多臺(tái)上位機(jī)存在以適應(yīng)不同操作人員和管理人員的多種需要，而且使得網(wǎng)絡(luò)中智能分機(jī)擺脫了只能被動(dòng)受控狀況，整個(gè)系統(tǒng)高度智能化，從而大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。CAN總線最大通訊距離可達(dá)10公里，這對(duì)庫區(qū)較大、糧倉分布較分散的大型儲(chǔ)備糧庫是非常適用的?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以大大節(jié)約連接導(dǎo)線以及安裝維護(hù)費(fèi)用，使得整個(gè)系統(tǒng)在大大提高系統(tǒng)整體性能的同時(shí)具有很高的性能價(jià)格比。
隨著大型國家糧食儲(chǔ)備庫的日益增多和更多新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，預(yù)計(jì)未來國內(nèi)糧情測(cè)控系統(tǒng)將在以下幾個(gè)方面得到進(jìn)一步的發(fā)展：
首先，熱敏電阻和數(shù)字溫度傳感器在同一糧情測(cè)控系統(tǒng)中使用。根據(jù)以上分析，熱敏電阻和數(shù)字溫度傳感器在房式倉和高大倉房?jī)蓚€(gè)不同場(chǎng)合各自具有優(yōu)勢(shì)，隨著大型國家糧食儲(chǔ)備庫的增多，在同一儲(chǔ)備庫中將存在不同的倉型，而現(xiàn)存的糧情測(cè)控系統(tǒng)中只能選擇熱敏電阻或數(shù)字溫度傳感器二者之一作為溫度檢測(cè)元件。為了更好地發(fā)揮熱敏電阻和數(shù)字溫度傳感器各自的優(yōu)勢(shì)，在同一糧情測(cè)控系統(tǒng)中選用這兩種傳感器是未來市場(chǎng)發(fā)展的需求之一。
其次，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用將更為廣泛?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一個(gè)全新的通信技術(shù)，它代表著控制系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，未來的糧情測(cè)控系統(tǒng)將不可避免地放棄RS485通信方式轉(zhuǎn)而采用新型的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，這將使系統(tǒng)的可靠性、性能價(jià)格比大大提高。
再者，系統(tǒng)功能的進(jìn)一步完善。目前糧情測(cè)控系統(tǒng)僅局限與溫濕度的檢測(cè)和通風(fēng)控制，諸如糧食儲(chǔ)藏過程中倍受關(guān)注的水分檢測(cè)和蟲害檢測(cè)均未得到解決，預(yù)計(jì)未來的糧情測(cè)控系統(tǒng)將會(huì)把更多種類的糧情檢測(cè)綜合數(shù)據(jù)采集上來，與糧情專家分析軟件密切配合，共同保障糧食的儲(chǔ)藏安全。
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