谷物干燥机远程监控系统的研发

丁晓斌 翟步顺 李志强

我国是粮食生产大国，每年谷物收获后因天气原因来不及晒干或晾晒未达到安全水分标准造成粮食霉变的损失较多，要解决粮食安全问题，必须大力发展谷物干燥机械化。近年来，随着土地适度规模经营的推进，在农机购机补贴政策的引导下，谷物干燥机得到快速推广和应用，基于物联网技术的谷物干燥机远程监控系统的研发对提高我国农业装备自动化水平以及装备管理水平具有极其重要的意义。

1 谷物干燥机远程监控系统的组成和工作原理

谷物干燥机远程监控系统主要由谷物干燥机、无线数据收发模块、北斗定位模块、移动基站（移动网络）、远程监控中心组成（见图1）。

图1 谷物干燥机远程监控系统组成

基于GPRS网络的无线数据收发模块通过RS485串口与谷物干燥机的电气控制系统主板相连，可以实时采集谷物干燥机的状态信息以及位置信息，再通过移动基站(移动网络)传给远程监控中心；远程监控中心通过GPRS网络对指定的谷物干燥机远程控制和设置参数；谷物烘干机上传的各种数据被远程监控中心数据库保存，根据需要对数据进行分析和处理，产生各种需要的报表、图表。用户也可以通过安装相应的手机APP,对有管理权限的设备进行远程监控。

1.1 谷物干燥机

谷物干燥机由搅龙、提升机、风机、干燥部、储留部、烘干热源、水分检测装置、电气控制系统组成。由电气控制系统监测和控制干燥温度、水分，当设备发生故障时能自动报警。目前国内谷物干燥机基本实现自动化控制，谷物干燥机控制器大多可以通过RS485串口与外界设备通信，实现数据采集和交换。

1.2 无线数据收发模块的设计、开发

无线数据收发模块安装在谷物干燥机上，与谷物干燥机控制系统通过串口RS485相连，采集谷物干燥机的状态信息、位置数据，并通过GPRS网络（移动基站、网络）和远程监控中心收发数据。它是干燥机远程监控中心和谷物干燥机之间的桥梁和核心装置。由于谷物干燥机作业过程中具有振动、高温、高湿等特点，因此研发经济适用、质量稳定可靠的谷物干燥机远程无线数据收发模块极其重要。

1.2.1 模块设计背景

设计的重点是基于GPRS和北斗导航系统技术，研发谷物干燥机作业过程中状态数据采集技术。借助GPRS的数据通信功能和北斗导航系统的定位功能，组建谷物干燥机的生产状态数据监测系统，解决空间位置信息和数据传输问题。

1.2.2 模块的设计开发

（1）无线数据收发模块结构设计（见图2）。无线数据收发模块主要用于谷物干燥机和远程网络监控中心之间数据的无线传输。

（2）电源稳压模块。稳压模块采用LM2576作稳压芯片，LM2576是降压型开关稳压器，芯片内置过流保护电路和过热保护电路。该模块可提供3.3V以及5V电压。

（3）主要功能设计。支持北斗定位；可通过GPRS将定位数据回传到远程网络监控中心；全密封设计，三防达到IP65防护等级；远程可以升级产品固件、配置参数。

1.3 谷物干燥机远程监控中心

无线数据收发模块通过GPRS网络将数据传输到谷物干燥机远程监控中心的数据库。远程监控中心将接收到的数据进行解析、入库、预处理并进行统计、分析、挖掘和显示，对所监控的谷物干燥机进行管理、监控。

1.3.1 设计内容

远程监控中心从应用层、应用软件层、数据库三方面进行了设计。应用层有状态监控、事件提醒、远程控制、报警管理、数据管理、查询统计、系统管理、日志等；应用软件层有通信服务、消息服务、指令服务、数据分发、消息中间件、WEB应用服务、地图服务、报表分析等；数据库有基础数据库(干燥机信息、状态信息、数据字典、位置信息、用户数据库)以及地理数据库等。

1.3.2 功能设计

功能设计为：状态监控（状态信息显示、状态信息处理）、异常报警（报警接收处理、异常报警智能控制）、统计查询（控制指令统计、历史状态统计查询、故障信息统计查询）、远程控制（智能目标选择、远程指令处理）、用户管理（干燥机管理、厂商管理）。

（1）状态监控。实现对谷物干燥机工作时水分、热风温度、故障状态等信息显示。

（2）异常报警。当谷物干燥机发生报警时，故障信息会自动上传给远程监控中心，远程监控中心会及时给出该机器的报警信息提示，由平台自动将该信息下发给客户手机。

（3）查询统计。远程监控中心随时记录谷物干燥机作业所产生的数据（包括报警信息）并进行分类统计，可以为企业后期的设备故障分析、产品工艺和机械设备的改进提供参考依据。

（4）远程控制。通过远程监控中心可以对指定的烘干机进行远程参数查询、设置和远程控制，便于远程监控中心指导和监督用户正确使用谷物烘干机。

图2 无线数据收发模块设计框图

（5）用户管理。通过后台录入用户的基本信息，烘干机的类型、编号，以及配件提供商的信息，做好日志记录工作，便于相关查询、分析和总结。

2 谷物干燥机远程监控系统应用效果

江苏天禹农业机械有限公司研发的无线数据收发模块，通过谷物干燥机远程监控中心对谷物干燥机状态数据进行采集和交换，成功构建了谷物干燥机远程监控系统。该系统的作用和效益主要体现在以下三个方面：

2.1 提升谷物干燥机制造企业的生产和服务水平

联网烘干机的各种状态数据不断被监控中心数据库保存和处理，可以产生各种统计图表，为公司的经营、管理、决策提供宝贵的资料和依据，明显提高了烘干机企业对谷物干燥机用户的技术服务水平。当干燥机发生报警或用户反应机器有异常情况时，干燥机企业可以根据数据库的记录，及时查明原因，正确指导用户排除故障。通过跟踪和管理报修事件，大大提高了“三包”人员服务的及时性和有效性，节省“三包”成本。

2.2 方便用户使用

建立谷物干燥机远程监控系统之后，干燥机用户可以及时得到干燥机企业的技术指导；用户也可以通过电脑或手机监控设备的运行情况，更为方便、自由地使用谷物干燥机。

2.3 便于政府部门监管

农机管理部门通过推进该系统的示范应用，可以及时了解区域内谷物干燥机作业生产情况，提升农机监管和信息化建设水平。

此外，使用该系统还直接提升了企业谷物干燥机的产品档次和知名度，使产品具有明显竞争优势，进一步促进了谷物干燥机的推广销售。