小麥倉儲環境監控研究

范延彬等

[摘 要]本文分析了影響小麥存儲品質的關鍵環境因素，針對當前小麥倉儲環境監控中存在的不足，構建了基于無線傳感器網絡的小麥存儲環境監控系統架構。

[關鍵詞]小麥倉儲；環境監控；無線傳感器網絡

[DOI]1013939/jcnkizgsc201528040

1 引 言

隨著我國農業科技的快速發展，小麥產量不斷增加，小麥的倉儲量也隨之增加。小麥在儲存過程中，易受到各類害蟲、霉菌等生物因子、非生物因子的影響，加之小麥作為戰略儲備糧食，其儲存周期較長，麥堆的溫濕度隨外界的季節性變化大，容易引起發熱霉變，造成品質的變化和數量的損失。同時，由于資金和技術上的原因，我國的大多數小麥倉庫僅限于人工監測倉內的溫濕度，存在監測不及時、信息不準確等問題，出現險情時不能及時做出相應的處理，從而造成大量的損失。因此，將信息化技術引入到小麥倉儲監控系統，實現對小麥儲存環境進行實時監測，得到更加準確的倉儲環境信息，從而利于采取更加及時、有效的控制措施來保障小麥儲存的品質，預防霉變、蟲害等事故的發生，對國民經濟發展具有重要意義。

2 小麥倉儲環境參數分析

小麥儲存品質的好壞直接受小麥倉庫環境的影響，小麥倉儲環境的狀況可以用環境參數來表示，環境參數的變化會導致小麥存儲品質的改變。小麥在存儲過程中，當糧倉內的溫度、濕度等參數發生變化進入危險狀態時，易造成小麥的霉變和腐爛，同時倉內的氣體、微生物以及蟲害等因素都會對小麥存儲品質造成影響。由此可見，安全的存儲環境對保證小麥存儲品質非常重要。

21 溫度

溫度包括大氣溫度、倉溫和糧溫。倉溫受大氣溫度影響，糧溫又受倉溫的影響，但在時間上有一定延遲，同時會有一定程度上的減弱。所以，倉溫的變化落后于大氣溫度，糧溫的變化落后于倉溫。

小麥具有較強的耐熱性和較高的抗溫變能力，在一定溫度范圍內不會喪失生命力，也不會使加工成的面粉品質下降。因此在不改變小麥水分等其他條件的前提下，溫度的變化對小麥自身品質的影響較小。但溫度過高會加強小麥的呼吸作用，長時間高溫儲存會降低小麥品質，對小麥出芽率、營養成分都有影響。

在一般的儲存條件下，小麥進入倉庫內，不可能不帶有微生物和害蟲。微生物和害蟲的生命活動受環境溫度的影響，只有在一定的溫度范圍內才能正常生存，所以溫度是影響微生物和害蟲生長繁殖的重要環境因素之一。小麥中存在的微生物多以中溫性為主，它們生長的最適溫度為20℃～40℃，生長的最低溫度為5℃～15℃。玉米象、麥蛾與印度谷蛾對小麥的危害最為嚴重，當溫度達到16℃時蛾類的幼蟲就開始生長繁殖，達到30℃時生長繁殖最快。因此，溫度升高到一定值時，微生物和害蟲的活動會加強，導致糧食迅速變質。

因此儲存小麥時，盡量保持倉庫低溫，不但可以相對保持小麥本身品質，又可有效抑制霉、蟲的生長繁殖，避免糧食存儲災害。

22 濕度

濕度包含四個概念，①絕對濕度：單位容積的空氣里實際含有的水汽量，一般用ρ表示；②飽和濕度：在一定溫度下，單位容積的空氣所能容納水汽量的最大限度；③相對濕度：空氣中實際含有的水蒸氣量距離達到飽和含量的程度的百分比，即在一定溫度下，絕對濕度與飽和濕度的百分比；④露點：水蒸氣含量到達飽和濕度狀態并開始液化成水時的空氣溫度，也稱為“露點溫度”。

小麥儲存環境的水分條件包括大氣濕度、糧倉濕度、麥堆濕度和小麥自身含水量，一般監測的糧倉濕度指的是相對濕度。小麥具有較強的吸濕性，易吸收空氣中的水分，可促使其呼吸作用增強。

水分對微生物的生長發育具有重要影響，小麥中存在的微生物主要以霉菌為主，它對環境水分的要求低于細菌和酵母菌，因此，霉菌更容易生長繁殖。在小麥倉庫中，最適合害蟲生存的相對濕度在70%以上，適合霉菌生長繁殖的相對濕度在75%以上，對于霉菌來說，當相對濕度低于65%時，可抑制其生長。

因此在存儲小麥時，盡量保持倉庫環境干燥，這樣可以大大降低微生物和害蟲的繁殖或抑制其生長，減少它們的生命活動對小麥造成的品質破壞和污染。同時要注意對小麥露點的監測，防止空氣濕熱造成小麥表面產生結露。

23 微生物

小麥中常見的微生物有霉菌、細菌、酵母菌等。小麥是微生物良好的呼吸基質，微生物通過呼吸作用進行新陳代謝，來維持生命活動，導致麥堆內積聚大量的熱量和水分，使得整個環境的微生物活動加劇，造成大面積小麥被霉菌感染，引起小麥霉變、變色變味、籽粒變軟，甚至能產生毒素，使小麥帶毒，影響人體健康。小麥胚部變褐就是其中一種霉變現象。

同時，微生物的生命活動分解小麥內的營養物質，造成小麥質量損失，營養品質、種植品質降低，食用品質變劣。

24 害蟲

危害小麥儲存的主要害蟲有麥蛾、玉米象、谷蠹、赤擬谷盜等。由于小麥收獲時正值高溫季節，當前環境狀態適于小麥害蟲的生長與繁殖，對所儲存小麥的品質造成嚴重影響。

有些害蟲偏好啃食小麥籽粒的胚芽，造成作為種子的小麥的發芽率降低甚至完全喪失。有些害蟲喜歡蛀蝕小麥的胚乳，使得小麥的營養價值降低、加工出的小麥品質降低。小麥中的害蟲新陳代謝等生命活動同樣會導致麥堆發熱，引起更大范圍蟲害和小麥霉變，造成重大經濟損失。同時，有些害蟲能夠危害小麥包裝袋等材料，造成倉庫內小麥儲存的雜亂。

因此，在小麥入庫時，就要做好滅蟲工作，保證小麥倉儲環境的潔凈，盡量減小蟲害造成的損失。

25 氧氣濃度

氧氣濃度會影響小麥自身的呼吸作用。第一，呼吸作用消耗小麥籽粒內部的營養物資，導致小麥的儲存過程中干物質減少，使得小麥質量變差。第二，呼吸作用產生水分和熱量，造成麥堆濕熱，為微生物和害蟲提供了適宜的生長環境。第三，小麥呼吸作用中產生的二氧化碳積累，將導致麥堆無氧呼吸進行，產生的酒精等中間代謝產物將導致小麥生活力下降甚至喪失，最終使小麥品質下降。

同時氧氣濃度會影響微生物和害蟲的生存環境，進而影響小麥存儲。小麥中害蟲的生存離不開氧氣，多數霉腐微生物尤其是霉菌，需要在有氧的條件下才能正常生長。當氧氣濃度下降到18%～35%時，可抑制微生物和害蟲的生長繁殖，達到防蟲、防霉的目的。

通過對上述因素的分析得出，外部環境因素對小麥存儲的影響體現在兩個方面。一是溫濕度、氧氣濃度等因素的變化會對小麥自身在儲存過程中造成影響；二是溫濕度、氧氣濃度等環境因素會對微生物、害蟲的生長發育產生影響，而微生物、害蟲的生命活動會對小麥品質、質量造成嚴重影響。由此看出，溫度、濕度、氧氣濃度等因素會對小麥的儲存產生直接和間接的雙重影響。

3 小麥倉儲環境監控現狀

小麥存儲環境容易受季節交替、晝夜變化、天氣變化等外界因素的影響，小麥進入靜態保管階段，小麥儲存的重要參考數據主要包括倉庫內的溫度、濕度、氣體濃度等環境參數及其變化情況，保管人員和專業技術人員將根據這些數據的變化提出適當的處理措施。如果對儲存環境監測不及時，而導致未能對其變化做出適當的措施，則可能會影響小麥存儲品質，造成不可挽回的經濟損失。

我國小麥倉庫環境監控水平較低，監測設備相對落后，許多糧倉對小麥環境的測量設備仍使用溫、濕度計或各種便攜式測量儀器，定期巡視小麥倉庫，采用人工讀取的方式記錄環境監測情況，人員素質不高，極易造成測量誤差，精準度低，難以深入糧倉內部進行全面檢測，占用人工成本高。通過人工監測結果啟動環境參數控制設備對溫濕度等環境參數進行調整，檢測效率低下，無法對環境參數進行實時監控，不利于對環境變化做出及時快速響應，導致小麥變質等情況出現。

隨著科技的發展，電子監測系統得到快速發展，逐步代替了倉庫管理人員人工檢測的傳統方式。當前的小麥倉儲環境監測系統一般采用電纜布線的有線方式，把PC機和單片機相結合組成主從式的檢測系統，與人工檢測相比，提高了監測效率和準確性。然而，這種有線監測系統需要鋪設大量電纜，線纜的部署復雜，可重塑性小，線路易隨時間增長而老化，安裝和維護成本高。當糧倉空間跨度較大、檢測點數量較多、檢測點位置經常變動時，將導致小麥倉庫內部電纜縱橫交錯，造成安裝、布線、供電、維護困難，使用成本增加，可靠性降低。

由此可以看出，人工監測和有線監測系統都存在不足之處，因此本文提出了一種基于無線傳感器的小麥倉儲環境監控系統，避免了人工監測不精確、效率低下等問題，同時又減少了有線監測中鋪設電纜所存在的監測成本高、維護困難等不足。

4 基于無線傳感器網絡的小麥倉儲環境監控系統

小麥倉儲環境監控系統主要由傳感器節點、匯聚節點、監控中心和各種執行設備等組成，如下圖所示。

小麥倉儲環境監控系統構成

41 傳感器節點

傳感器節點配置多個不同類型的傳感器，包括溫度、濕度、氧氣濃度傳感器，傳感器節點被部署在小麥倉庫內，每個傳感器節點都配有無線通信模塊，可以通過自組織或人工配置的方式構成無線網絡，負責對影響小麥儲存的環境因素的信息進行采集和傳輸。

42 匯聚節點

匯聚節點負責收集和處理各傳感器節點的數據，并通過無線通信模塊將其上傳至監控中心，便于工作人員及時掌握環境信息。

43 監控中心

監控中心是小麥倉儲環境監控的核心，其在接收到傳感器采集的環境信息后，對數據進行處理分析，判斷當前環境狀態，相關人員根據情況需要作出不同應對措施。

44 執行設備

執行設備用于調控小麥倉庫環境，主要通過人工進行控制。目前普遍采用的溫度調節工具有空調、地表暖氣管道等；濕度調節工具有加濕器、除濕器等；氧氣濃度調節方法有充氮密封、通風增氧等。

5 結 論

對倉儲環境進行合理有效監控是保證小麥儲存安全的必要條件。因此對小麥倉儲環境進行科學監測，是目前糧食存儲安全的重要課題，這也對倉儲環境監控的智能化提出了更高的要求。

本文從直接和間接兩方面分析了影響小麥儲存的環境因素，并將無線傳感器網絡應用于小麥倉儲環境監控系統中，有效解決了傳統倉庫環境監測中存在的設備落后、布線復雜、管理成本高等問題，滿足了多種環境參數的分布式監控需求，實現小麥倉儲環境監控的智能化。

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