粮仓内部温湿度检测装置设计①

陈思羽,朱红媛,王 子,徐爱迪,李捷涵

(佳木斯大学机械工程学院，黑龙江 佳木斯 154007)

0 引 言

粮食是人类赖以生存的物质基础，粮食安全问题一直是社会所关注的焦点问题。据不完全资料显示，除国家收购的储备粮食以外，我国有60%～70%的粮食储存在农户家中，而因农户储藏方法不当导致粮食损失约占存粮总量的8%～10%[1]。为了应对人口数量的不断增长而所带来的粮食需求压力，对于粮食储存条件的改善显得尤为重要。

在储粮过程中，温度、湿度两个重要的参数对于粮情的监控十分重要[2-4]。目前，在粮库或者普通农户都是取样后用水分仪进行水分检测，或者在粮仓内部预先放置温湿度传感器进行在线监测粮仓内部温度和湿度，而温湿度传感器在粮仓内部的位置是固定不动的，在大粮仓的局部或者农户的小粮仓的在线监测过程中，使用效果并不理想[5]。

为了解决上述问题，设计一套粮仓温湿度检测装置，针对粮仓的温度、湿度进行在线检测，即插即用，携带方便，保障储粮安全。

1 机械结构设计

目前，大部分粮仓都采用预先在粮仓内部安装温度传感器，然后在装入粮食。传感器长期存放在粮仓中，如果某个传感器失灵也无法随时取出，导致不能局部准确测量粮仓中的温湿度。

设计整体采用圆柱型的结构，上下两端均设计成圆锥形便于整体设备的取出与插入。其整体如图1所示。

1 顶部仓室 2.第一段仓室 3.第二段仓室 4.第三段仓室 5.底部仓室

为了更好检测粮仓内部粮食水分的均匀程度，装置中共设有三段检测仓，每段内设有通气孔，孔内装有温湿度传感器，不同深度的粮食通过温湿度一体检测系统完成对粮仓内部的温度、湿度检测。

图2所示为顶部仓室内部结构，该装备是整体结构的动力传输部分，由减速电机带动齿轮进行传动，再带动主轴转动从而使图中绞龙旋转，以此来控制检测仓内粮食的进与出。

图2 顶部仓室

图3所示为第一段仓室，具体工作流程为：整体结构插入粮仓之后，由主轴旋转带动外侧仓门打开，开始进粮的同时封闭下侧出粮仓门，当出粮仓门关闭之后等待仓室内装满粮食开始检测，检测经过一定时间显示界面数据稳定之后开始记录，检测完成后，取出检测装置，仓内粮食可由主轴反向旋转排除，其余两段检测仓的结构和工作流程同上，由此省略。

图3 第一段仓室

图4所示为第三段仓室及底部仓室，底部仓室与第三段检测仓室相连接，下半部的仓门可用于排粮。绞龙的设置方便了检测装置的插入，减少粮食破损。

图4 第三段仓室及底部仓室

2 触摸屏及PLC程序编写

本装置采用PLC及触摸屏对检测装置内的温度、湿度、水分进行观测及控制，从而达到在线检测。

图5所示为本系统触摸屏的运行界面，左侧界面是检测装置中的检测仓门和底部钻头两部分结构，分别用两个电机分别控制，仓门可以控制其主轴正转和反转，并且设定每次转动时间为5秒种，完成进粮和出粮的动作。底部电机则直接控制其转动和停止。右侧的总开关控制整个装置的运行和停止，右下角的检测界面按钮可以直接跳转检测界面。

图5 运行界面

图6所示触摸屏的检测界面，分别用来显示上段监测仓、中段监测仓和下段监测仓的温度和湿度，利用三段检测的平均温湿度值利用平衡水分公式[6]直接计算出仓内检测位置粮食的含水率，并在界面显示。

图6 检测界面

图7是PLC程序中的电机控制部分，X000是控制总开关，X002，X003是控制主轴电机的正反转，X0004控制底部电机的运行。

图7 电机控制

图8是PLC程序中传感器模块的读取程序，通过PLC的读取在转入触摸屏进行输出显示。

4 结 语

装置在仓内粮食检测过程中，可随时插入和取出，解决了传感器长期掩埋会导致失灵的弊端，以及传感器位置固定不能对局部进行检测的问题，实现了即插即用。本文所设计的系统具有成本低廉、性能稳定等特点，能够满足中小型粮仓现场环境监测的要求，为未来的粮仓监测系统的设计提供了一种可行的方案。