糧食儲存品質(zhì)監測系統設計

0 引 言
我國是世界上最大的糧食生產(chǎn)、儲藏及消費大國，糧食儲藏是國家為防備戰爭、災荒及其他突發(fā)性事件而采取的有效措施，因此糧食的安全儲藏是關(guān)系到國計民生的戰略大事。糧食在貯藏過(guò)程中，會(huì )因為受溫度、濕度、氧氣、微生物及昆蟲(chóng)等因素的影響，從而造成其質(zhì)量的不良改變。對糧食貯藏過(guò)程中的影響參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監測、分析，是保障糧食儲存品質(zhì)的有效手段。在此，通過(guò)采用CAN總線(xiàn)的數據采集系統對影響糧食貯藏過(guò)程中的參數進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析，當發(fā)現不良變化時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)出預警信息，保證糧食儲存的安全。

1 影響糧食儲存品質(zhì)的因素分析
影響糧食儲存品質(zhì)的因素很多，其中微生物污染因素影響最大。糧食在收獲、貯藏、加工等過(guò)程中極容易受到霉菌、細菌、酵母菌的污染，當條件適宜時(shí)，它們就能迅速地在糧食中生長(cháng)繁殖，并產(chǎn)生毒素，使糧食及其制品變質(zhì)。因此，在貯藏糧食時(shí)要采取防微生物污染的措施及控制微生物生長(cháng)繁殖的手段；其次在儲存糧食的過(guò)程中要注意溫度、濕度、氧氣的影響。在微生物生長(cháng)繁殖時(shí)需要適宜的溫度、濕度和氧氣(厭氧菌除外)，如果貯藏時(shí)濕度過(guò)大，溫度過(guò)高，氧氣充足，則污染的微生物就能迅速生長(cháng)繁殖，至使谷類(lèi)及其制品發(fā)霉或腐敗變質(zhì)。因此，糧食在貯藏時(shí)不僅要求其本身含水量要低(不超過(guò)15％)，而且貯藏環(huán)境亦應保持低溫、干燥、通風(fēng)良好。蟲(chóng)害也是影響糧食儲存品質(zhì)的一個(gè)重要因素，害蟲(chóng)在原糧及半成品中都能生長(cháng)，如當倉庫室溫在18～21℃以上、濕度在60％以上時(shí)，即適于蟲(chóng)卵孵化繁殖；當室溫在10℃以下時(shí)，害蟲(chóng)活動(dòng)能力會(huì )減弱。倉庫中主要有甲蟲(chóng)、螨類(lèi)、蛾類(lèi)等害蟲(chóng)，這些害蟲(chóng)不但損害大量糧食，而且會(huì )使糧食帶有不良氣味，減輕其重量，降低其品質(zhì)，也容易使糧堆發(fā)熱；當微生物進(jìn)一步作用就會(huì )使糧食霉爛變質(zhì)。

2 系統總體結構及其原理
在糧食儲藏期間，影響糧食發(fā)生不良變化的主要因素有溫度、濕度、CO2等。該系統通過(guò)高精度溫濕度、CO2傳感器得糧食的實(shí)時(shí)變化數據。這些因素在某種程度上也會(huì )造成糧食顏色、體積、紋理等的細微變化。這種變化利用肉眼很難分辨，通過(guò)一定算法對圖像進(jìn)行特征提取，得到具有不同特征的多傳感器信息。對這些具有不同特征的信息進(jìn)行分析，可以預測到糧食發(fā)生霉變或蟲(chóng)害的時(shí)間。系統采用CAN 總線(xiàn)控制方式，由數據采集服務(wù)器、CAN／USB轉換器和多個(gè)智能節點(diǎn)組成，節點(diǎn)的數量由倉庫里的糧庫數量決定。其結構原理圖如圖1所示。

CAN((Controller Area Network)總線(xiàn)是一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )。CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)都可根據總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權采用無(wú)損結構的逐位仲裁方式競爭向總線(xiàn)發(fā)送數據，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，取而代之對通信數據進(jìn)行編碼，使得CAN總線(xiàn)構成的網(wǎng)絡(luò )各節點(diǎn)之間的數據通信實(shí)時(shí)性強，并且容易構成冗余結構，提高系統的可靠性和系統的靈活性。CAN總線(xiàn)的通信距離可達10 km，波特率可根據通信距離選擇，最高可達1 Mb／s。CAN總線(xiàn)還支持多主站結構，采用短數據幀、CRC校驗、錯誤鑒別、發(fā)送時(shí)監聽(tīng)和自動(dòng)關(guān)閉技術(shù)，保證數據穩定、可靠的傳輸。同時(shí)具有無(wú)損的沖突檢測鏈路協(xié)議、總線(xiàn)仲裁功能和故障節點(diǎn)自動(dòng)脫離技術(shù)，保證系統的可靠運行。