基于云平台的智能化寒地水稻浸种催芽系统的研究

席桂清　谭峰　黄操军　石建飞　曹洪军　尚廷义

摘 要：基于云平台的智能化寒地水稻浸种催芽系统主要完成寒地水稻浸种催芽的过程自动化、智能化，用户可在有网络的地方随时监控浸种催芽过程，下位机使用PLC进行控制，实现自动的、实时的传输种箱、水箱的温度、水位等信息，并根据上位机设置，或触摸屏发送指令由PLC分别控制箱内的温度和水位，实现了浸种催芽的自动化化管理，经过现场应用，证明该系统具有高可靠性、高性价比、节约企业成本等优点。

关键词：云平台；浸种催芽；触摸屏；智能化；PLC

目前，国内大中型水稻浸种催芽装置基本上是仍然是依靠人工静态浸种和静态催芽过程，存在受热、受氧不均和人工翻种随意性等问题，会导致不同程度的不均衡萌芽现象，难以达到理想的“快、齐、匀、壮”的工艺技术要求。根据垦区近年来集中浸种催芽的优越性，针对现有大型化、智能化和自动化浸种催芽的要求，运用计算机云平台搭建服务器，研究大型浸种催芽车间高效管理系统，实现集散式和分布式的智能控制，解决现有浸种作业中维护困难，低产、劣质、低利润、低效率、高成本、高消耗等缺点，实现浸种、破胸和催芽的全程自动化的动态管理，浸种催芽作业达到工厂化生产标准。

1 系统总体设计

基于云平台的智能化寒地水稻浸种催芽系统主要由现场数据采集控制和数据中心两部分组成，系统总体设计图如图1所示，数据采集部分主要完成浸种催芽车间种子温度、水位的采集，根据设定值，控制加热器、循环泵水阀的控制，可根据需要实现内循环和外循环，数据可在触摸屏中设置、显示；数据中心主要完成将采集的数据通过GPRS送入到云服务器，办公楼和上级农业主管部门可由客户端软件读取服务器数据进行存储、分析、显示，也可进行数据的设置及远程控制，实现整个水稻浸种催芽过程智能化、自动化、远程化。

2 系统硬件设计

系统硬件主要是现场浸种催芽过程的数据采集和控制，系统硬件总体设计如图2所示，主要包括主控PLC、触摸屏、加热器、电动阀门、温度水位采集部分、数据远程传输部分和控制部分。

2.1 数据采集部分设计

本设计在种箱和水箱中各设置了4个STT-T铂电阻温度传感器。温度范围：0℃～+100℃，精度：±0.1℃。温度传感器放在浸种箱的上中下不同位置，可准确的检测出浸种箱中的温度，用来测量种温和水温，温度传感器经信号变送器，把信号转换为4～20mA标准信号，接入模数转换模块转变为数字量传输到PLC，经过PLC判断分析，并在触摸屏中显示。

水位传感器选择的是电极式水位开关，其通过三个探头的不同逻辑组合，可判断出浸种箱中的水位为高、低、空哪个状态，然后反馈给PLC进行逻辑判断。

2.2 控制部分设计

本系统采用一台三菱公司的FX2N-16MR型PLC作为控制设备。它具有8点数字量输入和8点数字量输出，输出采用继电器输出方式，可以驱动交流负载或者直流负载，每点电流容量为2A，每个公共端最大电流为8A，电压在AC220V、DC30V以下。阀门是控制系统现场的执行设备，为了能够实现远程控制和操作，系统采用电动阀门，即在普通阀门的基础上安装电动执行器，在现场可以实现手动控制和半自动控制。上位机不但可以通过PLC对阀门进行操作，对农田的给水和排水进行实时控制，而且上位机也可以通过与PLC的通信，对现场阀门的开、关状态实时监控。阀门执行器主要由一个单相交流电机和限位开关构成，其功能是通过输入交220V的电压信号可实现对阀门的开启和关闭，同时能够输出一对无源信号作为到达位置信号供PLC使用。

2.3 显示和通信部分设计

本设计采用显控触摸屏SA-4.3A，其主要优点是产品内置的COM口集成了RS232/422/485通讯方式，实现了最快速的通讯速度；触摸屏主要完成种箱水箱温度水位的显示，阈值的设置，数据的判断，控制信号的输出。

由于系统设计方便用户在任意有网络的地方可以监控浸种催芽的过程，所以设计中加入的GPRS数据传输，选择了T260S工业级无线路由器传输到云服务器中，它是3G/4G/4G网络的性能优异的无线通信产品，主要应用于行业用户的数据传输业务，支持数据透明传输，图像传输，设备监控以及无线路由上网等功能。其主要使用RS485串口和触摸屏连接进行数据传输，将数据透传到云服务器进行存储、分析。

3 系统软件设计

3.1 云平台服务器设计

云服务器是一种简单高效、安全可靠、处理能力可弹性伸缩的计算服务，其管理方式比物理服务器更简单高效。用户无需提前购买硬件，即可迅速创建或释放任意多台云服务器，云服务器帮助项目快速构建更稳定、安全的应用，降低开发运维的难度和整体IT成本，本系统云服务器构建的内容主要包括：

（1）数据库服务器：专门存储下位机采集的海量数据，便于将来进行汇总，统计与分析用的；（2）程序的服务端：包括物联网接收模块，用于解析数据并存储到数据库中；包括客户端提供服务的服务程序部分，主要为客户端的各种行为提供数据结果并反馈到客户端，包括为其他客户端提出的服务申请做出对应的应答。

3.2 客户端软件设计

客户端软件界面如图3所示，界面主要包括三个操作界面：浸种催芽实时监控界面、参数设置情况界面、数据导出界面。实时监控界面主要是对各条流水线中的水箱、种箱中的温度、水位进行监控，可在这里进行各参数的设置，比如浸种前期、中期、后期温度水位等；参数设置情况界面主要是在实时监控界面中对不同流水线设置完参数后，以便管理人员掌握设置的情况；数据导出界面主要完成将各时期每间隔一段时间的采集数据导出到EXCEL表格中，便于管理和后续的资料整理。

4 现场应用

在黑龙江省农垦系统多个农场浸种催芽基地进行了实地试验，共建立了14条流水线，每条流水线可以实现400吨或200吨浸种催芽车间的智能控制，集中浸种催芽8000多吨，系统可以设置9种工作状态，全程实现智能化控制，使芽种出芽率比常规浸种催芽提高5%～7%，整体催芽率达到99%以上，数据远程传输及时准确，受到用户的一致好评。

5 结束语

该系统采用计算机技术、通信技术等最新成果，建立云服务器，使用PLC进行控制，以无线为传递信息的方式，可以实现自动的、实时的传输种箱、水箱的温度、水位等信息，并根据上位机设置，上位机或触摸屏发送指令由PLC分别控制箱内的温度和水位，实现了浸种催芽的自动化化管理，代替了原先人工控制模式，提高了工作效率，减小了工作失误，节约了企业成本，为垦区的生产管理提供了可靠性。本项目以较高的性价比完成了水箱种箱的整个监控的功能，另外该系统均为模块化设计，为开发其他相似类型的监控系统提供了借鉴和参考，系统以高技术、高可靠性、高性价比的智能化系统为产业发展方向，最终在农垦领域及其相关行业会有较大发展。

参考文献

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