基于云平臺的智能化寒地水稻浸種催芽系統的研究

席桂清　譚峰　黃操軍　石建飛　曹洪軍　尚廷義

摘 要：基于云平臺的智能化寒地水稻浸種催芽系統主要完成寒地水稻浸種催芽的過程自動化、智能化，用戶可在有網絡的地方隨時監控浸種催芽過程，下位機使用PLC進行控制，實現自動的、實時的傳輸種箱、水箱的溫度、水位等信息，并根據上位機設置，或觸摸屏發送指令由PLC分別控制箱內的溫度和水位，實現了浸種催芽的自動化化管理，經過現場應用，證明該系統具有高可靠性、高性價比、節約企業成本等優點。

關鍵詞：云平臺；浸種催芽；觸摸屏；智能化；PLC

目前，國內大中型水稻浸種催芽裝置基本上是仍然是依靠人工靜態浸種和靜態催芽過程，存在受熱、受氧不均和人工翻種隨意性等問題，會導致不同程度的不均衡萌芽現象，難以達到理想的“快、齊、勻、壯”的工藝技術要求。根據墾區近年來集中浸種催芽的優越性，針對現有大型化、智能化和自動化浸種催芽的要求，運用計算機云平臺搭建服務器，研究大型浸種催芽車間高效管理系統，實現集散式和分布式的智能控制，解決現有浸種作業中維護困難，低產、劣質、低利潤、低效率、高成本、高消耗等缺點，實現浸種、破胸和催芽的全程自動化的動態管理，浸種催芽作業達到工廠化生產標準。

1 系統總體設計

基于云平臺的智能化寒地水稻浸種催芽系統主要由現場數據采集控制和數據中心兩部分組成，系統總體設計圖如圖1所示，數據采集部分主要完成浸種催芽車間種子溫度、水位的采集，根據設定值，控制加熱器、循環泵水閥的控制，可根據需要實現內循環和外循環，數據可在觸摸屏中設置、顯示；數據中心主要完成將采集的數據通過GPRS送入到云服務器，辦公樓和上級農業主管部門可由客戶端軟件讀取服務器數據進行存儲、分析、顯示，也可進行數據的設置及遠程控制，實現整個水稻浸種催芽過程智能化、自動化、遠程化。

2 系統硬件設計

系統硬件主要是現場浸種催芽過程的數據采集和控制，系統硬件總體設計如圖2所示，主要包括主控PLC、觸摸屏、加熱器、電動閥門、溫度水位采集部分、數據遠程傳輸部分和控制部分。

2.1 數據采集部分設計

本設計在種箱和水箱中各設置了4個STT-T鉑電阻溫度傳感器。溫度范圍：0℃～+100℃，精度：±0.1℃。溫度傳感器放在浸種箱的上中下不同位置，可準確的檢測出浸種箱中的溫度，用來測量種溫和水溫，溫度傳感器經信號變送器，把信號轉換為4～20mA標準信號，接入模數轉換模塊轉變為數字量傳輸到PLC，經過PLC判斷分析，并在觸摸屏中顯示。

水位傳感器選擇的是電極式水位開關，其通過三個探頭的不同邏輯組合，可判斷出浸種箱中的水位為高、低、空哪個狀態，然后反饋給PLC進行邏輯判斷。

2.2 控制部分設計

本系統采用一臺三菱公司的FX2N-16MR型PLC作為控制設備。它具有8點數字量輸入和8點數字量輸出，輸出采用繼電器輸出方式，可以驅動交流負載或者直流負載，每點電流容量為2A，每個公共端最大電流為8A，電壓在AC220V、DC30V以下。閥門是控制系統現場的執行設備，為了能夠實現遠程控制和操作，系統采用電動閥門，即在普通閥門的基礎上安裝電動執行器，在現場可以實現手動控制和半自動控制。上位機不但可以通過PLC對閥門進行操作，對農田的給水和排水進行實時控制，而且上位機也可以通過與PLC的通信，對現場閥門的開、關狀態實時監控。閥門執行器主要由一個單相交流電機和限位開關構成，其功能是通過輸入交220V的電壓信號可實現對閥門的開啟和關閉，同時能夠輸出一對無源信號作為到達位置信號供PLC使用。

2.3 顯示和通信部分設計

本設計采用顯控觸摸屏SA-4.3A，其主要優點是產品內置的COM口集成了RS232/422/485通訊方式，實現了最快速的通訊速度；觸摸屏主要完成種箱水箱溫度水位的顯示，閾值的設置，數據的判斷，控制信號的輸出。

由于系統設計方便用戶在任意有網絡的地方可以監控浸種催芽的過程，所以設計中加入的GPRS數據傳輸，選擇了T260S工業級無線路由器傳輸到云服務器中，它是3G/4G/4G網絡的性能優異的無線通信產品，主要應用于行業用戶的數據傳輸業務，支持數據透明傳輸，圖像傳輸，設備監控以及無線路由上網等功能。其主要使用RS485串口和觸摸屏連接進行數據傳輸，將數據透傳到云服務器進行存儲、分析。

3 系統軟件設計

3.1 云平臺服務器設計

云服務器是一種簡單高效、安全可靠、處理能力可彈性伸縮的計算服務，其管理方式比物理服務器更簡單高效。用戶無需提前購買硬件，即可迅速創建或釋放任意多臺云服務器，云服務器幫助項目快速構建更穩定、安全的應用，降低開發運維的難度和整體IT成本，本系統云服務器構建的內容主要包括：

（1）數據庫服務器：專門存儲下位機采集的海量數據，便于將來進行匯總，統計與分析用的；（2）程序的服務端：包括物聯網接收模塊，用于解析數據并存儲到數據庫中；包括客戶端提供服務的服務程序部分，主要為客戶端的各種行為提供數據結果并反饋到客戶端，包括為其他客戶端提出的服務申請做出對應的應答。

3.2 客戶端軟件設計

客戶端軟件界面如圖3所示，界面主要包括三個操作界面：浸種催芽實時監控界面、參數設置情況界面、數據導出界面。實時監控界面主要是對各條流水線中的水箱、種箱中的溫度、水位進行監控，可在這里進行各參數的設置，比如浸種前期、中期、后期溫度水位等；參數設置情況界面主要是在實時監控界面中對不同流水線設置完參數后，以便管理人員掌握設置的情況；數據導出界面主要完成將各時期每間隔一段時間的采集數據導出到EXCEL表格中，便于管理和后續的資料整理。

4 現場應用

在黑龍江省農墾系統多個農場浸種催芽基地進行了實地試驗，共建立了14條流水線，每條流水線可以實現400噸或200噸浸種催芽車間的智能控制，集中浸種催芽8000多噸，系統可以設置9種工作狀態，全程實現智能化控制，使芽種出芽率比常規浸種催芽提高5%～7%，整體催芽率達到99%以上，數據遠程傳輸及時準確，受到用戶的一致好評。

5 結束語

該系統采用計算機技術、通信技術等最新成果，建立云服務器，使用PLC進行控制，以無線為傳遞信息的方式，可以實現自動的、實時的傳輸種箱、水箱的溫度、水位等信息，并根據上位機設置，上位機或觸摸屏發送指令由PLC分別控制箱內的溫度和水位，實現了浸種催芽的自動化化管理，代替了原先人工控制模式，提高了工作效率，減小了工作失誤，節約了企業成本，為墾區的生產管理提供了可靠性。本項目以較高的性價比完成了水箱種箱的整個監控的功能，另外該系統均為模塊化設計，為開發其他相似類型的監控系統提供了借鑒和參考，系統以高技術、高可靠性、高性價比的智能化系統為產業發展方向，最終在農墾領域及其相關行業會有較大發展。

參考文獻

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