一种基于专家系统的智能环控软件设计

朱秋君 李臻 曹泓

摘要：设计了一种基于专家系统的智能环控软件，可以根据获取的粮情数据，将散粮运输车车厢内粮食的温度和水分控制在一定范围内。该软件引入了专家系统，不但可以提高系统的推理判断和应变能力，还可以提高通风决策的智能化水平。通过试验验证，该软件的功能性符合设计要求，为智能散粮运输车管理系统的设计开发奠定了基础。

关键词：专家系统;智能环控;软件设计

0 引言

智能散粮运输车管理系统是为了更好地保障运输中粮食的安全而开发的智能测控系统，该系统是集粮情检测、智能分析决策和通风控制于一体的智能测控系统，使用数据采集器实时获取车厢内的粮食温度和水分、空气温度以及车厢外的大气温度和湿度，智能环控软件根据获取的粮情数据来控制通风装置降温降水，控制车厢内粮食的温度和水分在适宜储存的范围内。

1 智能环控软件设计原理

智能环控软件的设计原理如图1所示，主要包括5个流程：

（1）软件首先从数据库中提取车厢内各传感器检测到的粮食温度和水分数据以及当前空调和通风窗的状态;

（2）根据粮情数据，软件计算出粮食的平均温度、平均水分、温度梯度、RH1（粮堆温度下空气相对湿度）和RH2（粮堆的平衡相对湿度）等参数;

（3）调用知识库，通过推理机推理获得针对当前粮情的通风类型和预估通风时间，并判断当前粮情是否存在超标情况，如果是，则启动粮情超标报警机制;

（4）根据推理获得的通风策略和当前通风装置的状态，确定当前的通风控制措施，当判断完成通风目标时，将本次通风过程中的通风策略和通风完成效果保存到事实库列表中;

（5）最后將确定的通风控制结果保存到数据库表中传送给智能终端，退出软件。

2 智能环控软件设计

2.1    专家系统设计

专家系统是一个智能程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验，能够利用专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。知识库和推理机是专家系统的核心，因此，专家系统可以抽象表示为专家系统=知识库+推理机，但是随着系统的不断完善，其还包括知识获取部分、人机接口、解释机制和全局数据库等。图2为智能环控软件专家系统的工作原理。

2.2    知识库维护工作流程设计

知识库用于存储某些领域专家系统的专业知识，包括事实、可行操作和规则等。知识库的维护功能是：根据智能终端发送的知识库维护指令，可通过手动输入的方法插入新的规则条目;可以删除规则库中不再需要的规则条目;可以对通过试验获得的事实库中数据进行修改，编辑后作为新的规则加入到规则库中，从而实现维护知识库的真实性的目的。

2.3    推理机流程设计

本系统的专家系统采用正向推理机制，从已知的粮情事实数据出发，推理得到正确的通风结论。规则库在推理机制运行前保存在数据库中，当推理机启动时，将规则库数据读出，此时规则对象指针开始指向第一条规则，然后根据粮情，逐条与规则条件和相关算法运算进行比较后，最终获得同当前粮情所匹配的规则进行推理，作为最终结论;不匹配的无适用规则将被删除，并将删除的出错信息保存到故障表中。

3 试验验证

智能环控软件开发完成后，为确保软件能准确、高效、实时地控制输出，开展了试验验证工作。试验工作内容包括数据库读取、运粮仓温度控制、运粮仓湿度控制和数据库写入等。

试验考核对象主要包括温度控制和湿度控制两个方面：

（1）在智能化散粮车各模块正常工作的情况下，测试智能环控软件温度控制的准确性、实时性，试验通风/降温设备的控制操作是否正确，并记录不同情况下达到温度控制效果所花费的时间等。

（2）在智能化散粮车各模块正常工作的情况下，测试智能环控软件湿度控制的准确性、实时性，试验通风/降湿设备的控制操作是否正确，并记录不同情况下达到水分控制效果所花费的时间等。

在不同的季节、温度和天气等外部条件下，对该系统的功能和控制精度进行了大量的测试试验，并从运粮仓温湿度控制试验数据中，抽取了一天的温湿度实时数据，画出了运粮仓温度和湿度在该系统控制下的变化曲线，如图3、图4所示。试验结果表明，该系统可实现将运粮仓温度和湿度控制在一定目标温度和湿度下的目的，并可以满足温度精度控制指标（±2 ℃）和湿度精度控制指标（±10%）。

4 结语

本文设计并实现了一种基于专家系统的智能环控软件，可以对车厢内的温湿度进行控制，通过实际试验，验证了该软件的功能性符合设计要求，为后续智能散粮运输车管理系统的设计开发奠定了基础。随着应用范围的扩大和技术的发展，智能环控软件后续还可以增加对其他环境要素的控制。

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收稿日期：2020-05-07

作者简介：朱秋君（1986—），女，河南扶沟人，工程师，研究方向：软件开发。