粮情测控系统通信技术的应用

The application of stored-grain condition monitoring and control system communication technology

◎李东方1，赫振方2（1.国贸工程设计院，北京　100037；2.国家粮食局科学研究院，北京　100037）



粮情测控系统通信技术的应用

The application of stored-grain condition monitoring and control system communication technology

◎李东方1，赫振方2
（1.国贸工程设计院，北京100037；
2.国家粮食局科学研究院，北京100037）

1　粮情测控系统简介

粮食在储藏过程中受温度、湿度、水分及其他因素的影响，可能出现发热、霉变、虫害滋生等情况.为了减少粮食储藏过程中的损失，保障粮食的品质和质量，首先应该及时准确地掌握粮食储藏过程中各种物理量的变化情况，找出其正常变化与异常变化的区别；同时，要根据粮堆中各种生态因子互相影响的规律分析粮情，给出经济合理的解决措施的判断，或者通过自动控制系统进行处理.能否正确检测出粮情变化数据，能否正确分析、判断异常变化，能否给出合理的处置建议，是保证储粮安全的关键，也是处置措施是否经济可行、能否达到节能减排要求的关键.

粮情测控系统是利用现代电子技术来实现粮食储藏过程中对粮情变化的实时检测、对实时检测数据进行分析与预测、对异常粮情提出处理建议和予以控制的措施等，为安全储粮提供技术保证和科学依据.

粮情测控系统由粮情测控硬件系统和粮情测控软件系统两部分组成，如图1所示.

图1　粮情测控系统组成示意图

2　粮情测控系统通信方式的分类

2.1有线通信方式

主要采用RS-485总线技术、现场总线技术、工业以太网等.

2.1.1 RS-422/RS-485接口的应用

由RS-485接口构成的粮情测控系统示意图如图2所示.

2.1.2工业现场总线技术及其应用

2.1.2.1 CAN总线技术

CAN总线技术因其具有卓越的特性和极高的可靠性而广泛应用于各种过程监测及控制领域.图3所示的是CAN总线粮情测控系统的典型结构示意图.

图2　粮情测控系统构成框图

图3　CAN总线粮情测控系统结构示意图

由系统结构示意图中可以看出，在上位机与智能分机之间是由CAN总线连接的，并且在同一系统中可以存在多台上位机.每个智能分机由单片机、A/D转换电路和CAN通信电路组成，与温度分线器、湿度分线器和通风控制器分别通过单根电缆连接，整个系统具有结构清晰、连接简捷、系统容量大等特点.

2.1.2.2 LONWORKS技术

LONWORKS在粮情测控系统中的应用（结构、实施方案）网络系统示意如图4所示.

图4　LONWORKS总线粮情测控系统结构示意图

监控主机与测控分机（节点）通过同一传输介质——屏蔽双绞线连接；从数据交换角度看，监控主机与各检测分机对等（Peer to Peer），监控分机可在没有监控主机的情况下独立运行.监控分机（节点）通过分线器实现与测温电缆的连接，从监控分机（节点）到分线器间的信号线长度可达500 m.监控分机（节点）设有标准信号接口，为测湿、测水、测气体浓度等提供扩展接口.系统可分为管理监控层和现场级网络两部分.

2.2无线通信方式

2.2.1 GPRS无线通信的应用

GPRS无线通信在粮情测控系统中的应用（结构、实施方案）网络系统示意如图5所示，监控主机与测控分机（节点）通过GPRS无线通信模块连接，无须像有线通信方式那样所需的施工布线，组网灵活方便，扩容性好.

图5　GPRS无线通信粮情测控系统结构示意图

2.2.2射频无线通信的应用

系统采用无线数传模块（见图6），以某公司的产品为例，该模块具有如下主要特点：①发射功率10～1 000 mW可调，自由使用，无须申请频率.223～235 MHz数据传输专用频段，工作频带宽，同频干扰小.②环境适应性强，频率稳定度高，工作频率及发射功率在-35～+65℃工作环境温度范围内基本不变化，符合工业级产品标准.③功能完备，主要功能参数如频率、功率、连续发射时限、频响特性、静噪深度、静噪信号逻辑电平、数话切换逻辑电平、节电工作模式、传输速率、数据格式、地址码等可进行设置.④3.5～13.8V直流供电电压范围，超低功耗，特别适合于采用太阳能供电的应用场合.⑤具有RS-232、RS-485及TTL多种通信接口可供选择，适应面宽.

图6　无线数传模块

2.2.3 ZigBee无线通信的应用

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通信技术.根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术.ZigBee的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备.基于ZigBee技术的粮情测控系统结构示意图如图7所示.

图7　基于ZigBee技术的粮情测控系统结构示意图

ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络，其数传模块类似于移动网络基站.ZigBee是一个由可多到65 000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75 m无限扩展.

与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立的，因此ZigBee具有结构简单、使用方便、工作可靠、价格低廉的特点.每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象（如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控），还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料.除此之外，每个ZigBee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内与多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接.

2.2.4电力载波无线通信的应用

如图8所示，系统的通信信号在库区现有的电力线同一回路上传输，无须单独敷设通信电缆，可以节省大量电缆和工程费用，系统安装维护简单、方便、省时省力.因基于电力线通信，故不存在强电干扰，大大增强了系统的稳定性.

图8　电力载波无线通信粮情测控系统结构示意图

参考文献：

[1]赫振方，李东方，等.储粮新技术教程（第二篇）[M].北京：中国商业出版社，2001

[2]李东方，等.流程工业自动化仪表技术与应用汇编（第一章）[M].天津：天津科技翻译出版有限公司，2011

摘要：随着通信技术的发展，粮情测控系统也逐步采用了最新的通信技术，介绍了粮情测控系统常用的几种通信方式.

关键词：粮情测控系统；通信技术；应用

LI Dongfang1, He Zhenfang2
（1.Guomao Engineering Design Institute, Beijing 100037, China;
2.The Academy of Science of the State Administration of Grain, Beijing 100037, China）

Abstract：With the development of communication technology, stored-grain condition monitoring and control system use the latest communications technology gradually.Several normal communication modes of monitoring and control system were introduced.

Key words：Monitoring and control system of stored-grain condition; Communication technology; application

中图分类号：TN914