我国粮情测控预警系统现状与展望

◎郑联合，罗　山，张红建，赵　阔，陈　艳，王　乃

（海南省粮油科学研究所，海南　琼海　571400）

我国粮情测控预警系统现状与展望

◎郑联合，罗山，张红建，赵阔，陈艳，王乃

（海南省粮油科学研究所，海南琼海571400）

粮情测控预警系统是现代化粮库必须设置的系统之一，当前依然存在系统兼容性差、抗干扰能力差、检测项目少及智能化水平低等缺点，因此需要进一步优化粮情测控预警系统。本文重点分析了粮情测控预警系统工作原理及系统构成，总结分析了当前粮情测控预警系统应用存在的问题，并提出数字化、自动化、智能化、集成化是将来粮情测控预警系统的发展趋势。

粮情测控预警系统；工作原理；现状；展望

在粮食储藏过程中，由于湿度、温度及其他因素的影响，粮食可能会出现发热、霉变、虫害等现象［1］。为了避免粮食腐败变质，确保粮食质量与品质，需要第一时间准确了解粮食在储藏过程中相关物理量的变化情况，总结出变化规律。粮情测控预警系统是采用现代电子技术实时监测储藏中的粮情变化情况，对检测数据进行准确分析与预测，对不正常粮情提出处理建议和实施有效控制措施的系统，其为安全、科学储藏粮食提供了科学的依据与技术保障［2］。

1　粮情测控预警系统

1.1粮情测控预警系统工作原理

粮情测控预警系统的工作原理是指采用传感器把各种测量的数据（如水分、湿度、温度、气体浓度等）转换为模拟信号或电子数字信号，运用测控软件进行识别与处理，形成可视化的水分、温度、气体浓度、湿度等方面的具体数据，根据数据判断储藏粮食的具体情况，再制定针对性储藏策略。

1.2粮情测控预警系统的组成

粮情测控预警系统是采用通信、传感器、计算机等现代电子技术实施检测储藏粮食的具体变化，并能够传输数据、存储、分析预警报警、自动控制保粮设备适时运行的系统，其结构如图1所示［3］。

图1　粮情测控预警系统主要功能结构示意图

1.3粮情测控相关技术现状

1.3.1传感器技术应用现状

传感器技术是对人类感觉功能的一种延伸，它使人感受信息的能力更加广阔、准确、快速。目前粮情监测系统中常用到的传感器主要有温度传感器、湿度传感器和气体传感器［4］。现阶段，我国采用的温度传感器主要分为模拟传感器、数字式传感器和PN结型传感器。

模拟传感器以热敏电阻传感器为代表，原理是外部环境温度变化致使其阻值变化。热敏电阻传感器其优点为成本低、简单容易使用、体积小。缺点为转化性较差，温度变化与阻值变化之间不成线性关系。一般情况下其测量范围为-40℃～50℃之间，检测精度为i 1℃。目前我国粮情测控系统中仍主要以此类传感器为主。

数字式温度传感器以DS18XX系列为代表，它是将温度物理量转化为数字信号并以总线方式传送到计算机进行数据处理。其测控温度在-55℃～123℃，测量精度为i 0.5℃［5］。它与热敏电阻测温传感器不同之处在于该传感器最多只需3根导线即可连接多个传感器，大大减少导线成本的同时也降低了设备维护难度。而且数字式传感器还具有抗干扰能力强、微型化、低功耗等优点，但由于其价格较高，目前数字式传感器应用较少，仅存在于立筒仓等高大仓中。

粮情是由温度、湿度、水分、虫、霉等多个因素共同决定的，因此必须综合考虑这些因素才能准确获得粮食质量情况［6］。马志［7］等运用加权数融合算法对剔除疏忽误差的同质数据进行一级融合，再用BP神经网络进行二级融合，最后对粮食的质量情况进行综合评价。该方法提高了粮食监测系统的准确性和全面性。庞海峰［8］等构建了基于最小二乘支持向量机的数据融合模型，并对广西一粮库具体数据进行分析，结果发现数据融合结果与实际数误差很小，该方法能科学、有效地对粮情监测结果进行分析。

1.3.2通信技术应用现状

通信技术与计算机技术的结合构成了现代信息技术的核心［9］。粮情测控系统中的通信技术是将传感器数值传输到远离粮仓的监控室，其分为有线通信技术和无线通信技术。有线通信技术中应用较多的是RS485总线技术和现场总线技术。RS485总线技术采用双向有补偿传输线标准，软硬件容易实现、价格便宜，但同时也存在不支持多主结构、通信距离短、系统容量少等缺点，现大型粮库中已逐步淘汰。现场总线技术是一种将现场自动化设备和控制系统双向连接的数字通信协议，代表着未来发展的方向。目前，我国粮情测控系统中采用的现场总线技术包括INTERUS总线技术、LONWORKS总线技术、CANGDS总线技术等。孙康岭［10］等研究了基于CAN与Ethernet接口的粮情通信分机的嵌入式方法，以网络单片机DS80C400为核心进行了软硬件的设计与测试，结果表明通信分机功能齐全，性能稳定。张爱筠［11］等提出在Windows环境下采用VC++6.0的MSComm控件来实现多机通信的方案，给出其主要的代码，测试显示该通信方法简洁可行。

无线粮情测控系统是利用传感器将温度、湿度等情况通过分线器转换成数据形式，然后通过无线通信方式形成的网络系统将数据送至控制室。其主要包括无线局域网通信技术、蓝牙技术、Zigbee和移动通信技术。张炼冬［12］等结合IEEE802.15.4无线局域网技术和IEEE1451.5智能传感器技术，建立了一种新型粮情测控系统，并针对改系统给出了软硬件设计方法及相应的通信协议。罗源［13］等基于无线传感网络双频段通信技术，设计完成了测控分机集成人机操作界面、可移动无线测温单元及采用电池供电的无线终端采集器，实现了粮食日常管理的准确化、高效化。

2　粮情测控预警系统存在的问题

2.1系统兼容性差

当前我国粮情测控预警系统生产厂家较多，没有强制性、统一的国家标准或行业标准，对软硬件的主要性能指标并未进行量化或具体的规定，并未确定软件接口的定义，从而造成各种厂家生产的系统产品规格、型号、功能、软硬件结构差异较大，兼容性较差。同时分批建设的粮库，每次建库、扩库使用了不同厂家生产的粮情测控预警系统，这些系统之间互不兼容，从而浪费了大量资金，实际维护与使用成本较高［14］。

2.2系统抗干扰能力差、精度低

国内粮情测控预警系统一般采用有线通信方式，粮情数据以模拟信号形式进行传输，工业、电磁及其他杂波信号干扰极易借助连接电缆引入，系统抗干扰能力较差，测控精确度较低［15］。粮库内传感器节点较多，引线长，布局复杂，粮食倒仓时极易损坏监测设备。同时，有的粮情测控预警系统并未涉及防雷电路和采取有效的防雷干扰对策，有的电子元器件并未进行防静电、防雷击等相关处理，增加了系统被雷击的风险，常常出现雷击坏事件，降低了测量数据精确度，严重情况下可能会造成整个系统的崩溃［16］。

2.3系统检测项目少

国内大多数粮情测控预警系统只能够检测粮食的温湿度，而对于粮食害虫密度、气体浓度、含水量、霉变等方面的检测，由于费用较高或技术缺乏，目前为止还未进行配套。

2.4系统智能化水平低

当前，国内粮情测控预警软件普遍采取VC、VB等语言设计，功能比较简单，只具有数据检测、显示、储存、打印等基本功能，智能化水平低。当前系统无法基于预置数学模型对粮食温湿度、气体浓度、含水率、病虫害密度等数据进行变化率分析、差值计算、临界点判断等操作；不能综合处理粮情数据，预测分析出粮情变化发展趋势，自动实现霉变、超湿、超温和病虫害报警，准确定位出粮库内出现不正常情况的具体位置；对于不正常的粮情，不能采用针对性的自动处理方式。

3　国内粮情测控预警系统展望

3.1传感器的集成化、数字化和智能化

如集成P—N结温度传感器便是把信号处理电路、敏感元件及补偿、偏置等电路集中设置在一个芯片上，便于使用与操作。再比如把微处理器和传感器集中设置在一个芯片上便成了智能化和数字化的传感器。随着传感器制造技术的日益成熟，智能化、数字化和集成化的传感器成本将大幅降低，有利于推广应用，从根本上改变了这种粮情测控预警系统的结构。

3.2数据检测全面化

粮情测控预警系统检测的内容不仅包含当前的温湿度，而且还包含了粮库有关气体的浓度、粮食水分、害虫密度等，使得粮情测控预警系统更能全方位地反映出粮食储藏安全和质量相关数据，为延缓陈化和安全储量奠定坚实的技术保障。

3.3数据分析的智能化

能够实现对检测数据的图形和图表进行分析、显示与查询，同时能够按照根据分析粮情数据，提供相对应的建议与警告等［17］。粮情测控预警系统能够基于《机械通风技术规则》的要求同时对各种不同的通风仓库进行实时通风的控制，按照储粮条件的变化有效控制通风进程与参数，实现对整个通风过程全方位的清晰记录，界面清晰，操作便捷，逐渐实现全智能化。

3.4粮情控制自动化

粮食储藏中的粮情测控技术同计算机控制计算相同，也将会朝着多媒体控制系统和集散控制系统方面发现。集散粮情测控系统与多媒体可以将粮情多媒体信息（如储藏粮食病虫害密度等）进行采集、监视、传输、分析处理与处理，增强粮食储藏技术的自动化管理水平；同时能够把粮食储藏过程中环流熏蒸、机械通风、生产过程控制和谷物冷却储粮控制于一体的集成化粮情测控系统，增强粮食储藏的自动化和现代化水平［18］。

3.5系统管理网络化

将来的粮情测控预警系统将会在智能化、集成化、标准化、数字化的基础上实现粮情管理网络化。整个系统以分散各处的小型粮库粮情测控系统网络为基础，利用Internet构建广域网和局域网，实现远程粮食情况实时查询、数据传输、分级管理、设备监控，各级粮食管理机构能够随时查询所管辖的库点粮食数据及情况。同时，国家粮食局能够通过下属管理部门的局域网及时获取粮库粮情具体情况，便于进行有效的监管。

随着大规模及超大规模集成电路技术的成熟，计算机性能越来越高，将有助于促进粮情测控预警系统的广泛推广应用。我们相信，只要立足于具体国情，坚持实事求是的原则，从目前我国技术水平出发，深入研发各种类型的粮情测控预警成套系列产品，真正满足粮食管理部门粮食储藏管理的需求，粮情测控预警技术运用新体系的形成将会指日可待。

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PresentsituationandProspectofChina'sgrainmonitoringearlywarningsystem

Zheng Lianhe，Luo Shan，Zhang Hongjian，Zhao Kuo，Chen Yan，Wang Nai
（Hainan Institute of cereal and oil science，Qionghai 571400，China）

grainmonitoringearlywarningsystemisoneofthemodernizedgrain warehouse must set the system.At present，there are still poor system compatibility，anti-interference ability is poor，fewer test items and intelligent level of shortcomings. Therefore，it is necessary to further optimize the grain condition monitoring and early warning system.This paper analysis the grain condition monitoring and early warning system working principle and system，summarizes and analyzes the problems existing in thecurrentgrainmonitoringearlywarningsystem，andputsforwardthedigitization，automation，intelligent，integrated and it is the future development trend of grain condition monitoring and early warning system.

grain monitoring and early warning system；working principle；status；Prospect

TS379.3

2015-11-02

郑联合（1965-）男，博士，研究员；专业方向为食品工程。