基于云架構模式的遠程智能糧情測控系統設計

◎ 余雙林

（廣州港股份有限公司南沙糧食通用碼頭分公司，廣東 廣州 511462）

糧食是一種特殊而敏感的產品，和人們的生活息息相關。糧食供給即使出現細小的問題都有可能引起人們不必要的恐慌，導致市場的劇烈波動而影響社會的穩定。在21世紀的今天，糧食的發展是關系到國計民生的大事，其中糧食情況的測控是一個極其重要的環節。根據國家糧食局在《“十五”糧食行業科技發展規劃》中制定的發展目標，糧食在儲存過程的在線監測和自動控制已成為提高我國糧食情況控制方面的關鍵問題和實現“十五”規劃的重要途徑。糧食行業信息技術的應用一直緊跟時代步伐，與信息產業的發展節拍一致。

糧情測控系統是現代化糧庫必備的安全儲糧管理基礎設備，隨著工業自動化技術的發展，人們對自動化檢測、監控系統的要求越來越高。人們愈發要求一個可靠性高、實時性強、界面友好、操作簡單的移動端實時測控軟件。

1 系統硬件圖示

系統硬件總接線如圖1所示，計算機經RS232/485轉換器連接總線，RTU依次掛接在485總線上；測溫電纜和濕度傳感器連接到各分機上（因倉徑大小電纜數有所不同）。

圖1 系統硬件總接線圖

1.1 控制計算機

配備符合系統要求和國家相關標準的主流品牌商用計算機，配置標準：i5-6100、4GB內存、1T硬盤、2G獨顯及24寸LED。具有高可靠性，能長時間連續運行，具有較高的存儲能力和高速處理數據的能力，具有與測控系統通信的接口和相應的軟件支持。

1.2 測控主機

（1）測控主機通過標準接口與計算機或云端服務器通信，配置4G網絡接口，測控主機與測控分機之間通過光纖進行組網，實現并行測控（即多個測控分機同時完成數據采集和控制等操作）；1臺測控主機可連接的測控分機數不少于200臺，最大數據采集能力不少于320 000點（糧溫點、空氣溫濕度點等所有檢測點的總容量）。對于超大規模的應用場景，通過配置多臺測控主機完成。

（2）測控主機實現各糧倉手、自動智能通風控制、測量外溫外濕；并具有防雷擊、防潮、抗電磁干擾、抗磷化氫腐蝕等能力，具有故障自診斷功能，穩定可靠，抗電磁干擾能力強。

（3）測控主機使糧情檢測系統同計算機及庫內局域網相互隔離，防止外部干擾和雷擊損壞計算機及網絡。

（4）測控主機實現倉房現場測控分機與測控室計算機的數據傳輸與交換。

（5）測控主機除完成多參數糧情數據的匯聚外，預留匯聚測控分機傳來的其他傳感器數據的接口，并將其送入用戶上位機或云后臺服務器。

1.3 測控分機

①組網方式：有線。②容量：1600個檢測點。③檢測速度≥60個點/秒。④防雷、防靜電、抗電磁波干擾，防潮、防塵、抗磷化氫腐蝕。⑤測控分機接收測控主機指令，通過現場傳感器采集糧情數據及糧情控制設備狀態，并將所采集數據返回給上位機，完成對糧情控制設備的控制。⑥測控分機具有自動檢測傳感器ID碼的功能，自動對點位數量、位置進行檢測、存儲。⑦測控分機預留測水、測蟲、測氣、自動通風接口。⑧測控分機除完成多參數糧情數據的收集外，預留收集來自其他傳感器的數據的接口，并將其送至測控主機或用戶上位機或云后臺服務器。

1.4 測溫電纜

數字測溫電纜總成所用的外絕緣和護套材料、內線芯絕緣和護套材料、連接部件、接插件，均采用高品質的低壓高密度聚乙烯100%原生料做絕緣護套，芯線采用0.18 mm×11截面積為0.3 mm2的鍍錫銅絲為導體，并另增一根0.2 mm2的芯線抗拉鋼絲，合股后焊接在溫度傳感器的電路板上，傳感器焊接在PCB板上用膠密封，密封好的溫度傳感器電路板和鍍錫銅絲導體結合處需整體用絕緣漆涂三遍，具有防水、防潮濕、防磷化氫氣體腐蝕作用，使用環境：-40～85 ℃，立筒倉、淺圓倉測溫電纜外套采用橢圓形重磅可換芯，內附鍍鋅鋼絲繩（2×Φ7.5 mm）；抗拉強度≥400 MPa。電纜自帶密封插頭，采用模具一次成型；和測控分機之間的連接采用專用密封防水防腐插頭（IP66）。

導線均采用符合《電線電纜電性能試驗方法》（GB/T 3048—2007）、《額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜》（GB/T 5023—2008）標準的（無雜質）全銅鍍錫線；符合《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法》（GB/T 2951—2008），連續完整，無缺陷，表面平整光滑，厚度均勻；抗拉鋼絲繩符合《航空用鋼絲繩》（YB/T 5197—2005）標準；為防止熏蒸腐蝕，連接件、接插件符合《低壓電器外殼防護等級》（GB/T 4942.2—1993）中的IP66，倉內電纜及設備均通過防熏蒸測試；根據地域情況（區別）適當提高要求；線芯顏色符合《電線電纜識別標志方法》（GB/T 6995—2008）的規定，各線芯采用不同顏色區分。

安裝在倉頂的電纜采取適當措施避免電纜荷載破壞倉頂結構。每根電纜的末端采取適當措施防止物料入倉時電纜過分移動。在通過倉頂或墻體的電纜入口處，提供所需要的可接近并能移動的防腐蓋板或防水防塵密封裝置，以使入口處能保持大氣隔離和氣密。尤其是在電纜懸掛裝置的設計上，便于安裝、維修和更換。測溫電纜的安裝應充分考慮對側壁發放的影響，在側壁發放作業過程中不會發生測溫電纜卡住閘門的情況。

數字測溫電纜采用二線制數據結構，安裝方便，互換性好，滿足抗拉、抗壓、抗老化、耐低溫的使用要求，測溫電纜端頭密閉嚴密。數字測溫電纜滿足防潮、防水、防塵、防氣體、抗拉、抗壓、抗老化、抗腐蝕和耐低溫等使用要求。

1.5 溫度傳感器

①總線式數字溫度傳感器，壽命長，準確度高，精度高，重復性好。②測量范圍：-55～125 ℃。③測量精度：±0.5 ℃。④溫度測量分辨率：0.1 ℃。⑤測量重復誤差：±0.1 ℃。⑥年最大漂移量：±0.15 ℃。⑦使用壽命：不小于10年。

1.6 倉內、外溫濕度傳感器

①倉溫、倉濕傳感器采用溫、濕度一體化的形式，可直接同數字電纜連接，用于測量倉房內的環境溫、濕度值。具有較強的防塵、防腐蝕和抗熏蒸能力。②濕度測量范圍：0～100%RH。③濕度測量精度：±3%RH（25 ℃時，10%RH～90%RH）。④重復誤差：±1%RH。⑤年最大漂移量：±1%RH。⑥溫度測量范圍：-40～125 ℃。⑦溫度測量精度：±0.3 ℃。⑧采用防塵帽保護，避免粉塵對傳感器的影響。⑨專業的防水防氣接頭，操作方便，其防護等級達到IP66及以上。⑩防腐蝕性能：抗磷化氫（PH3）熏蒸。?連接方式：通過數字分配器與測溫電纜等同，可任意交換位置連接。

1.7 傳輸電纜

①傳輸電纜均采用高質量的聚氯乙烯原顆粒做絕緣護套，光滑耐磨、不會腐爛。②芯線采用0.18 mm×11截面積為0.3 mm2的鍍錫銅絲為導體，需另增加一根截面積0.9 mm2的抗拉鋼絲，傳輸電纜芯線滿足GB 6587.7—1986的要求。③符合防潮、防水、防塵、防氣體、抗拉、抗壓、抗老化、抗腐蝕和耐低溫等使用要求。

1.8 通信電纜

主機與分機之間采用光纖傳輸。符合防潮、防水、防塵、防氣體、抗拉、抗壓、抗老化、抗腐蝕和耐低溫等使用要求。

2 系統組成說明

HE-SW-LQ-15型多功能遠程測控平臺糧情監控系統由溫度傳感器、數字溫濕度傳感器，數據采集發送器（RTU）、RS232/485轉換器、上位機、云服務器后和臺管理軟件組成。

3 系統工作原理

3.1 巡檢

3.1.1 溫度巡檢

單總線溫度傳感器將現場檢測到的溫度值變成帶有唯一編碼的數字信號并通過一條單一總線傳送到RTU。

3.1.2 濕度巡檢

Sensirion溫濕度傳感器輸出檢測溫濕度值的完全標定的數字信號，利用串行接口電路與RTU實現無縫連接。RTU收到數據后轉換變成標準RS-485通訊協議，通過RS485總線傳輸信號，再由RS485/232轉換器將信號轉換為RS232接口標準信號后送計算機軟件處理。

3.2 接口參數及供電方式

3.2.1 RTU接口參數

4個濕度電纜接入端口，濕度電纜接入端口支持1只溫濕度傳感器，溫濕度傳感器與RTU實測最遠傳輸距離為60 m。當使用RS-485通訊口時，RTU距RS485/232轉換器的最遠距離為2 km，在此距離內，RTU位置可任意設置。

3.2.2 供電方式

遠程供電：利用交流220 V從監控室長距離供電到各糧倉，在RTU端利用變壓器，整流橋及直流變壓芯片提供5 V工作電源（功率≤8 W）；現場供電：RTU端直流5V供電接口，現場可通過直流電源模塊直接供電。

3.3 溫濕度采集能力

溫濕度巡檢系統采用RS-485通訊時，實測80個RTU下工作正常，其意味著一個系統的最大溫度點采集能力為80×8×16=10 240點。

4 軟件功能

云服務器后臺管理軟件，跨平臺客戶端軟件支持Windows、安卓和IOS操作系統，數據庫系統采用關系型數據庫，應用軟件為中文版，國際標準程序設計語言，界面友好。數據傳輸接口和數據通信協議采用《糧油儲藏 糧情測控系統 第4部分：信息交換接口協議》標準，滿足用戶業務管理信息系統和糧情監控系統的各項要求。

（1）支持多種終端檢測方式，包括本地檢測、移動智能手機檢測、平板電腦檢測、瀏覽器網頁檢測及電腦應用程序客戶端檢測等。

（2）支持多種數據采集方式。①實時/定時測控：可通過各類客戶端軟件，采用手動或定時等方式檢測并記錄所轄倉的多參數糧情信息。②巡檢測控：可通過設置巡檢參數，由服務器或測控主機定時控制各個測控分機（現場上位機不需要開機）進行檢測。③互聯網遠程測控：授權客戶通過用戶名和密碼，使用各種客戶端軟件在全球任意位置進行測控。

（3）數據顯示，通過多種方式對糧倉內糧食各部位的溫度值進行顯示，包括以下顯示方式。①三維立體圖形方式：以連續變化的圖形顏色表示溫度值高低。②三維立體數字方式：以數字及其變化的顏色表示溫度值高低。③報表方式：以通用的報表形式顯示溫度數據。④曲線方式：以“三溫三濕”復合曲線顯示各溫度和濕度測點或層面在一段時間（年、季度、月等）內的變化軌跡。⑤對比顯示：顯示各點的溫度數據變化值。

（4）數據打印。對溫濕度測量值，用戶可根據需要選擇以下打印方式：曲線打印、匯總打印、報表打印及比較差值打印。

（5）數據存儲與操作。①存儲：對用戶每天測控的糧情數據進行自動保存或自定義保存和備份，每次檢測數據均可存儲。②檢索：用戶可以查詢任何一個測控日期的數據，可以實現任意時間段內的數據查詢、對比查詢。③管理：對數據進行計算、統計、匯總、保存、導入、導出、恢復和刪除等操作。

（6）糧情分析與報警。通過對檢測結果的分析，可判斷糧倉內的糧食是否處于正常狀態（正常、蟲害或者霉變），并通過多種方式（如短信）報警，提醒客戶及時進行通風等，軟件還具有針對檢測的溫度點的溫度值變化趨勢進行分析報警，并通過紅色字體標注報警點，提醒用戶倉內糧食發熱或者局部糧食發熱的現象，及時進行處理。對儲存糧食數量變動，給予提示性反饋；檢測設備故障時也會發出相應的報警提示。

（7）具有故障自診斷功能，軟件能自動診斷出測控主機、測控分機、采集器或傳感器所出現的故障點。

（8）數據共享與遠程傳輸。①數據共享：軟件系統采用的數據庫結構嚴格遵循《糧情測控設備的數據庫結構》中規定的統一格式，因此可以很方便地與其他信息系統共享數據。②遠程傳輸：系統通過服務器/客戶端模式，運用TCP/IP協議實現任意兩地間安全可靠的數據傳輸，為國家有關糧食管理部門進行數據的自動匯總及分析提供方便。

5 遠程監控系統

打開主機及分機開關電源，啟動Windows操作系統，雙擊桌面上測溫軟件運行程序（圖2），輸入用戶名、密碼。

圖2 監控系統登錄圖

5.1 主控界面介紹

監控系統界面如圖3所示，主控界面分為三個區域，最上邊為主菜單欄、中部為快捷操作功能按鈕、最下部為顯示區，其中各按鈕的功能在后文介紹。

圖3 監控系統界面圖

5.2 串口連接

在菜單區有一個“連接”按鈕，點擊一下“連接”按鈕，會彈出串口設置界面（圖4），此時點擊一下連接使上位機通訊串口與分機連接。

圖4 串口連接圖

5.3 檢測功能及操作

5.3.1 啟動測溫系統

串口連接后點擊菜單上面的系統“復位按鈕”，因每個分機供電后，首先要搜索分機所帶的測溫電纜溫度傳感器及濕度傳感器需要一點時間，系統復位完畢后方可進行下面操作。

5.3.2 檢測

檢測分為單倉檢測和多倉檢測，所謂單倉檢測是每次只檢測指定的單倉溫度，多倉檢測則是檢測所有倉的溫度。

（1）單倉檢測。要檢測一個倉的溫度，只要在檢測界面的選擇倉庫區選中某個倉后，然后點擊“單次檢測”按鈕就可以開始檢測，檢測需要一點時間。檢測時，在主顯區的右下方顯示滾動條；此時單次測量按鈕上方會提示“正在檢測數據，請稍后”（圖5），為保證檢測準確，用戶在滾動條沒有顯示完畢前最好不要做任何操作。

圖5 倉位選擇界面圖

圖6是一個倉檢測完畢后顯示的數據報表，報表很直觀地顯示出一個倉的所有溫度。并顯示出最高溫度、最低溫度、平均溫度、室外濕度、室外溫度、室內濕度及室內溫度，倉號顯示在左上角，倉中的電纜及電纜上的測溫點根據實際從上而下排列。

圖6 電纜檢查溫度數據報表圖

先用鼠標在界面中點擊一下，然后在左上角菜單中點擊圖片顯示。此時就會出現下圖層顯示頁面，用鼠標指在點上其編號就會自動顯示出來。點的編號格式為：電纜號-點號。圖7左邊顯示倉庫號及測溫時間信息等；中間顯示筒倉溫度點層分布圖；右邊顯示倉內糧情信息，查看每層的溫度可以用鼠標任意點擊圖形左邊層數按鈕。

圖7 筒倉溫度點層分布圖

單倉檢測數據結果直觀顯示在報表及圖中，若想把數據保存下來，以便以后查閱，選中檢測界面的“數據存盤”，檢測完畢后自動保存到數據庫內。若不想保存，則去掉數據存盤前方框里的鉤。

（2）多倉檢測。多倉檢測可以對全部糧倉測溫點進行檢測，只要在檢測界面的選擇倉庫區選中全部倉后，點擊“單次檢測”按鈕就可以開始檢測，系統開始檢測與單倉檢測一樣，此時單次檢測按鈕上方會提示“正在檢測數據，請稍后”，為保證檢測準確，用戶在滾動條沒有顯示完畢前最好不要做任何操作。

圖8是一個倉檢測完畢后顯示的數據報表，檢測完畢顯示數據報表后，用鼠標點擊左下角全倉顯示或單倉顯示按鈕，數據以表格形式全部顯示，數據按倉序排列顯示在表格中。如需要打印時，請在左上角菜單內選擇“表格處理”內面的多倉打印。

圖8 檢查溫度數據排列表圖

（3）自動檢測設置。自動是為了更方便地檢測，用戶可以設置周期定時或自定義定時由系統自動啟動進行檢測。用戶只要先設置好自動的時間，到時系統便會自動檢測并保存檢測數據。設置時間操作：點擊“定時參數”按鈕，彈出對話框設置定時參數，參數設定好后，點擊“確定”，設置完成。

自定義定時檢測是設定當日的時間段檢測和每日設定的時間段檢測，當日設定是在日期前面方框內打鉤，然后再點擊“添加”按鈕，每日設定是去掉方框內鉤，然后再點擊“添加”按鈕。設置完定時參數，點擊“定時檢測”按鈕開始定時測溫，若想關閉定時測溫，則點擊“關閉定時”按鈕，定時測溫結束。需要注意的是，無論選擇做了任何變動，都不要忘記點擊下面的“確定”按鈕，否則設置不會生效。

5.4 對所測數據的查閱與分析

5.4.1 查看歷史記錄

點擊菜單“數據操作”→“查看歷史記錄”彈出查看記錄對話框。在下拉框中選擇想要瀏覽的倉庫名（對于剛剛新添加的倉庫則需重啟軟件才能在下拉框中找到），可按月、按日瀏覽倉庫的歷史記錄（圖9），選擇要顯示記錄（只可選一條），再點擊“顯示記錄”按鈕，即在界面的右側列表顯示數據。也可點擊“刪除記錄”按鈕刪除選中的記錄。或者，選擇“快捷查看”，可點擊向下的箭頭，選擇需要查看的倉庫和時間，點擊“快捷查看”，即可。

圖9 歷史數據查看圖

5.4.2 備份數據

點擊菜單“數據操作”→“備份數據”彈出另存為對話框，選擇好路徑后點擊保存“保存”按鈕即可備份數據，備份文件為mdb數據庫文件。

5.4.3 查看備份數據

點擊菜單“數據操作”→“查看備份數據”彈出打開對話框。選擇目標數據庫文件（以前備份的文件）點擊打開“打開”按鈕，即可彈出查看備份數據對話框，后面的操作與查看記錄操作一樣。

5.4.4 表格處理

表格處理都是在界面顯示表格的情況下操作的。①保存為.xls文件。點擊菜單“表格處理”→“保存為.xls文件”彈出一個.xls文件，點擊另存為即可保存當前表格為.xls文件。②打印表格。點擊菜單“表格處理”→“多倉打印”即可打印主顯區顯示的表格（也可直接點擊工具欄的“表格打印”按鈕）。

5.5 曲線趨勢

5.5.1 溫度趨勢圖

點擊菜單“曲線趨勢”→“溫濕度趨勢圖”彈出溫度趨勢圖并彈出圖形分析（圖10），可選擇時間段和倉庫名進行查看。

圖10 溫度趨勢圖

5.5.2 濕度趨勢圖

點擊菜單“曲線趨勢”→“溫濕度趨勢圖”彈出溫度趨勢圖，點擊右下方的“濕度趨勢”彈出濕度趨勢圖會彈出圖形分析，可選擇時間段和倉庫名進行查看。

5.5.3 超出范圍溫度數趨勢圖

點擊菜單“曲線趨勢”→“超出范圍溫度數趨勢圖”會彈出圖形分析（圖11），可選擇時間段和倉庫名進行查找。

圖11 超出范圍溫度數趨勢圖

5.6 個人設置

5.6.1 個性化設置

點擊菜單“個人設置”→“個性化設置”彈出對話框，在對話框中可以自行設定軟件的標題、圖片背景、文字背景、報警溫度以及系統最小化的設置等，設置完畢后點擊確定“確定”按鈕即可保存。

5.6.2 數字卡片

點擊菜單“個人設置”→“數字卡片”彈出對話框，在對話框中可設置倉庫的相關信息，在“倉庫名”下拉框中選擇倉庫進行設置，每設置完一個倉庫，點擊一次保存。

6 結語

電腦Web糧情測控系統是基于ASP.NET設計的系統，通過網絡實現和云平臺信息的傳輸、交換和管理。是對溫度、濕度測量和控制為一體的多功能糧情測控軟件平臺，從而來實現遠距離的測量和集中控制。該糧情測控軟件系統實現糧倉管理人員能夠及時地根據糧食狀態對相關的設備如通風機進行操作，確保糧食的品質。