基于物联网的节能型烤烟系统

江凤莲，魏龙华，张晓梅

（福建龙岩学院，福建　龙岩　364012）

基于物联网的节能型烤烟系统

江凤莲，魏龙华，张晓梅

（福建龙岩学院，福建龙岩364012）

为了提高烤烟的质量,实现烤烟过程的智能化控制,达到节能，高效，减少人工成本，提高烟叶的成品质量，增加烟农收入的目的，设计了本款节能型智能烤烟控制系统.系统采用自身设计的电路板的基础上嵌入各种常规的芯片组，如ARM11，STC51单片机板和温度、湿度、烟雾传感器，由烤烟控制端、手机端和服务器三部分组成.结果表示，该系统能对烟叶烘烤过程分段时间的温度、湿度、烟雾等实时精准监测并显示，同时可根据用户设置的经验值智能实时地调节温湿度和报警，只要超出我们设定的温湿度范围，立即启动调节的动力装置，调节到合适的温湿度，保证不出现温湿度大起大落的情况，使能耗方面达到节能的目的.

烤烟；传感器；自设计电路板；节能型；智能系统

烟叶成熟采摘后，必须经过烘烤加工之后方可成为工业用烟.当前的烤烟工艺如下：烟农采摘好成熟的烟叶后，统一捆绑上架放进烤房，封门后进行烘烤，过程大概需要五天，期间要控制烟叶经过变黄-定色-干筋的过程，而每个过程都有严格的温湿度和保持时间的要求.这就要求烟农全天候看守住烤房的烟叶，随时观察烤房内的温湿度的变化并作出相应的调整，这样人工长时间监测，劳动强度大，操作规程复杂[1]，往往人为因素较大，稍不注意就有可能烤坏烟叶.随着物联网技术的不断发展，在生产中引入通过物联网来控制各种生产变为可能.本系统主要针对烟叶烤制过程的智能化实时控制，达到节能，高效，减少人工成本，并且提高烟叶的成品质量，从而增加烟农收入的目的.

1　系统总体架构及功能

本系统采用自身设计的电路板的基础上嵌入各种常规的芯片组，如ARM9，STC51单片机板和各种传感器,以单片机为核心的控制仪解决了传统烤烟中烤房内温湿度分布不均匀等一系列问题,完全可以避免这些人为的因素，基本上实现烤烟过程中温度、湿度的智能控制[2]，可以不需要烟农全天候守住烤房，同时在温度的控制上不会出现大起大落现象，能及时调节，进而达到节能的目的.

系统构架如图1所示，主要分为三部分：烤烟控制端、手机端和服务器.

图1　系统构架图

2　系统实现

2.1烤烟控制端

2.1.1烤烟控制端的示意图如图2所示：

图2　烤烟控制端示意图

2.1.2烤烟控制端程序流程如图3所示：

2.1.3烤烟控制端的操作过程[3-5]

·传感器信息采集：监控端能够从温度传感器、湿度传感器、烟雾报警器中读取当前环境的数据，通过网络传送到手机端显示和记录.

·烤烟控制与异常报警：烤烟标准时间为120小时，在烤烟的过程中不同的时间段要求的环境（温湿度）是不同的，而对烤烟过程中不同时刻的温湿度要求是以配置文件的形式保存的，对于不同的烤烟环境可以通过更改其配置文件来实现相关变动.系统每一分钟都从配置文件中读取该时刻对应所需要的环境数据，然后与从传感器采集到的当前环境数据进行比较，若当前环境不满足配置文件中定义的环境数据，则控制相关操作使当前环境达到定义的环境（如当前环境温度过低，则控制打开热源闸门，使环境温度升高），如果在一定时间内（一般在5-10分钟）环境数据还达不到标准，则系统发出异常报警，报警分轻微、中度、严重三个等级，报警等级的判断跟当前环境超标的程度和报警已持续的时间共同确定.此外，手机端也会收到报警，报警频率为30秒一次.

·实时监控视频：当手机端连接时，若用户想查看当前烤烟房里的情况，监控端则会从摄像头中读取视频数据，然后通过无线网络传送到手机端显示出来.

·远程控制：手机端可以远程对监控端进行控制，控制包括视频开关、环境调节、登录退出、语音播报、重启或关闭监控端等操作.

·语音播报环境数据：监控端收到手机端发送而来的语音播报的数据包之后，将当前环境的温度以语音的形式播报出来.

2.2手机端

2.2.1手机端流程图如图4所示：

图4　手机端工作流程图

2.2.2手机端的操作过程

·程序登录：程序打开时会检测手机当前是否有可用的网络，如果没有可用网络，则弹出提醒用户跳转到网络设置界面的对话框，如果有网络则不弹出该对话框；用户要输入正确的用户名和密码才能进入程序主界面，用户名和密码是在监控端设定的.

·数据的保存和查看：手机端能够查看实时的烤烟环境的温湿度信息，并且能够以文件的形式保存在手机上；也能够以统计图的形式显示保存下来的信息.

·实时视频与远程控制：用户通过手机客户端能够实时查看烤烟房里的情况.用户可以远程控制监控端的视频开关，环境调节，语音播报，关闭和重启等操作.当然这些远程操作也可以通过语音来完成.

·数据异常：当环境数据出现异常时，客户端会收到一条由监控端发来的警报消息通知，通知上会写明是温度、湿度、还是烟雾出现异常，和异常的等级，通知会持续到用户响应才停止响铃.

2.2.3服务器端的操作过程[6]

服务器端主要功能就是把全市所有烤房的烘烤信息集中管理，提供查看，控制和大数据统计处理功能.

·查看：可以观看制定标号的烤房正在烤烟的各种状态信息.

·控制：可以控制制定烤房烤烟各个阶段的温湿度情况

·大数据处理：通过云计算，结合各个烤房每次烤烟的各种信息，统计出烟叶烤得好的情况（烟农手机端答卷式反馈）的综合曲线图，以供参考建议.

3　本系统的优势

在烟叶的烘烤过程中，不同品质的，不同特色要求的烟叶，其烘烤的工艺参数值是不同的[1]，如福建烟叶：清香型香气，吸味干净，微有甜味，烟味很淡，地方性杂气微有，刺激性较轻，燃烧性中等，灰色黑.如贵州烟叶：中间香型香气，吸味干净，烟味较浓，地方性杂气较重，劲头中等，有刺激性，燃烧性强，灰色白.本系统能够根据具体的烟叶情况对烤制过程进行调节，保证烤制出适合各种质地烟叶和各种地区烟叶的质量要求，实用范围较广.能根据像福建烟叶等具体特点量身定制，在定色过程的温湿度和时间上及时调节，可以达到满意的效果.

4　结语

本设计采用自身设计的电路板的基础上嵌入各种常规的芯片组，如ARM9，STC51单片机板和各种传感器，实现了在烤烟过程中除湿及上色阶段的温度、湿度的智能化实时控制及预警，有效地实现了烤烟由粗犷型向粗细型、特色型过渡，从而达到节能，高效，减少人工成本，提高烟叶的成品质量，增加烟农收入的目的.

〔1〕徐增汉，何嘉欧，林北森.烤烟自动控温强制排湿装置的烧烤效应[J].湖北农业科学，2006,45(1):100-101.

〔2〕李增祥，李田泽，杨霞.基于单片机的智能烤烟控制系统[J].湖北农业科学,2011,50(2):395-396.

〔3〕李保江，马超.中国烟草：“十五”回顾与“十一五”展望[J].中国烟草学报，2006，12(4)：3-7.

〔4〕王胜雷，陈顺辉，吴祖仁,等.烤烟烘烤测控系统的设计与实现[J].农机化研究，2007，4(4)：73—75．

〔5〕李增祥，李田泽，杨霞,等.基于单片机的智能烤烟控制系统[J].湖北农业科学,2011，50(2)：395-397.

〔6〕聂思敏，孙向荣，吴坤,等.简易智能烤烟房温湿度监测控制系统的研制[J].农机化研究,2006(3)：81-85.

TP399

A

1673-260X（2016）09-0026-02

2016-05-09

龙岩学院教改项目(2014JY33)；龙岩市科技局科技项目(2014LY62)