基于模糊控制算法的糧食倉庫溫度實時監測系統

周慧星，王連生

（1.許昌職業技術學院，河南 許昌 461000；2.鞍山千山糧食儲備庫有限責任公司，遼寧 鞍山 114000）

糧食一直都是影響國家發展的重要因素之一，也是較為特殊的戰略物資，其在推動國民經濟進步的同時，還影響到國計民生等問題。糧食儲備一直以來都是十分重要的工作，部分地區為了提升糧食儲備的整體質量和效率，會設定相應規模的糧食倉庫，以此來確保所儲備糧食的安全性與可使用性[1]。在實際工作中，對于糧食倉庫的環境與溫度，均需嚴格控制，營造適合存儲的外部環境[2]。

但是當前階段，不少糧食倉庫采用人工調溫，這種方式雖然可以完成預期的目標任務，但是在實際應用的過程中，時常會出現或多或少的偏差，對于糧食的存儲造成嚴重的影響[3]。所以，根據上述背景環境，可以在糧食倉庫中構建相應的溫度實時監控系統，結合信息化、智能化技術，構建更加穩定的監控結構。考慮到系統的可變性與無線實時性，需要在系統內部設計模糊控制矩陣，以此來進一步優化完善系統的監控效果，建立更加完整的糧食儲備設施以及糧情監控系統，推動我國糧食儲備逐漸向著智能化、自動化的管理方向發展。加強對內部溫度的控制與調節，優化信息采集體系的同時，要營造更好的糧食儲備環境，以此來提升糧食倉庫的遠程監測與預警的效果[4]。

1 糧食倉庫溫度實時監測系統硬件設計

1.1 多節點傳感電路設計

在對糧食倉庫溫度實時監測系統硬件進行設計之前，需要先進行多節點傳感電路的設計。對于糧食倉庫的硬件體系來說，溫度節點控制裝置與電路構建也是十分重要的，為了加強對溫度的控制與調節，可以設計具有針對性的多節點傳感電路[5]。先采用DS1820數字溫度傳感器，將其安裝在總控電路之中，結合溫度的變化情況以及實際的控制需求，直接把測定溫度轉化為串行數字信號，在這個過程中，先獲取相應的溫度變化數據，傳輸導入處理器之中，采用特定的編程方式，構建6位的溫度讀數[6]。

安裝一個地址線在溫度傳感器中，與側方電路中的單片機成并聯狀態。此時，溫度傳感器，單片機以及控制設備均處于同一個控制區域，在總控開關上安裝溫度報警觸發器，一旦設備感應到溫度的變化，便可以發出警示，提醒管理人員作出及時的應對[7]。在上述的背景之下，利用雙層引線構建一個臨時的邏輯控制電路，這部分主要是對糧食倉庫的外部環境進行控制與調節。可以通過更改溫度傳感器的執行RAM內存指令來變更相應的執行目標，對此時糧食倉庫的內部溫度作出實時識別，形成傳感節點，并進行節點的定位，完成對多節點傳感電路的設計[8]。

1.2 GSM雙控單片機設計

在完成對多節點傳感電路的設計之后，需要設計2GSM雙控單片機，并將其與硬件環境相融合。其實，單片機是溫度監控系統中較為重要的一種硬件，本文選擇STC89C52作為系統的主控芯片。將STC89C52芯片安裝在溫度傳感器的后方電路，在主控開關與邏輯電路附近設定一個帶有RS232串行接口的單片裝置，用以核定執行信號的穩定性，更改單片裝置的雙向頻率范圍為800 ~ 1 600 MHz，此時的單片裝置處于二級控制狀態，僅可以對系統的基礎設備進行控制，考慮到高層設備的應用，還需要在電路之中增加TC35雙控模塊，形成GSM雙控單片機結構，具體如圖1所示。

圖1 GSM雙控單片機結構圖

根據圖1，可以完成對GSM雙控單片機內部結構的構建。在預設的監測范圍之內，構建GSM雙控串口助手，以串口助手來實現硬件的輔助操控，加強對糧食倉庫溫度的控制，并形成更加穩定的監測環境，在串口輸入指令協議，并與單片機關聯，完成對GSM雙控單片機的最終設計。

2 糧食倉庫溫度實時監測系統軟件設計

2.1 動態模糊控制溫度檢測協議設計

在完成系統的硬件設計之后，需要在模糊控制算法之下，構建動態模糊控制溫度檢測協議。可以在系統的整體AODV發送監測相鄰鏈路節點，形成具有針對性的監測結構，具體如圖2所示。

圖2 AODV發送監測相鄰鏈路節點監測結構圖

根據圖2，可以完成對AODV發送監測相鄰鏈路節點監測結構的設計。結合系統的數據定位與覆蓋功能，收集獲取相應的路由溫度檢測范圍，在合理的結構之中，計算出路由系數與失效路由系數之比，具體如式（1）所示。

式中：R為路由系數與失效路由系數之比；ι為動態監測距離值，m；α為周期性，s；為允許出現的誤報范圍，m2；κ為鏈路節點數量，個。

通過式（1）可計算得出實際的路由系數與失效路由系數之比。根據得出的比例，設定具體的路由覆蓋范圍，基于動態模糊控制技術的作用，在糧食倉庫溫度實時監測系統中，設定均衡動態處理結構，同時編制相對應的目標指令，將指令設定在系統的溫度監測控制區域之中，營造動態處理的環境，為后續的設計構建條件。

2.2 實時AdHoc模糊內控溫度監測模塊設計

在完成對動態模糊控制溫度檢測協議的設計之后，需要進行實時AdHoc模糊內控溫度監測模塊的構建。AdHoc模糊內控網絡實際上是一種具有分辨性的多核心、多目標無線網絡，對比于傳統的應用網絡，AdHoc模糊網絡更加靈活、多變，在實際的應用過程中具有轉發報文的功能。

本系統會在終端無線的覆蓋范圍之內，在有限溫度監測節點之間創建分層內控協調模塊，每一個模塊均是獨立運行的，且具有較強的全面性以及系統性，在整個網絡中，節點與系統之間存在關聯關系，一旦節點出現異常或者故障，系統便會實時感知，形成監測信號，傳送至預設的位置，形成中心控制結點，分布在對特定的區域之中，給予相關管理人員警示，實現更加高效的實時AdHoc模糊內控溫度監測模塊的構建。

3 系統測試

本次主要是對模糊控制算法下糧食倉庫溫度實時監測系統的應用效果進行驗證與分析。本次測試選取R糧食倉庫作為目標測試對象，考慮到最終測試結果的穩定性與可靠性，設定測試的范圍為固定區域，同時，測試系統所用的網絡為GSM網絡，測試環境相對穩定。

3.1 測試準備

在對模糊控制算法下糧食倉庫溫度實時監測系統進行測試之前，需要先搭建相應的測試環境。R糧食倉庫位于四川省，糧食倉庫中包含4個小型的糧倉，且每一個糧倉在糧庫內均呈直線形等間距分布。R糧食倉庫中的4個倉庫由同一個溫控監測系統管控，對于溫度的調節以及監測工作也是由一個完整的系統實現控制。在每一個糧倉的中間位置安置一個小型的溫度控制器，將其與總控系統相關聯，設定監測節點，這部分需要先計算溫度監控節點的內部距離，具體如式（2）所示。

式中：H為溫度監控節點的內部距離，m；φ為變化比值；F為糧倉實際的監控范圍，m3。

通過式（2），最終可以得出實際的溫度監控節點的內部距離。根據得出的數值，在每一個糧食倉庫中，根據溫度的監測覆蓋范圍，設定對應數量的溫度監測節點。

考慮到監測效果的精準性與可靠性，可以在每一個糧食倉庫中設定一個核心節點，將4個糧倉的核心檢測點關聯在一起，與總控系統形成關聯網，將核心節點編號為節點1 ~ 4，隨后，為了增加系統對于糧食倉庫內部數據的獲取與收集，還需要在糧庫系統內部設定一個網關節點，同時設定相應的數據控制與監測信道，信道的傳輸率為67.5%。

在合理的監測范圍之內，調節監測信道的通信頻率為1 410 MHz，設定每一個節點的信號發射功率為1.87 W。糧倉溫度預設為標準數值，在系統內部建立數據調節包500個。設定信號以及數據包的發射速度為0.5 s-1。與此同時，還需要在糧食倉庫外部的小型監控設備以及監測節點處安裝溫度傳感器，與監測系統相關聯，完成對測試系統環境的搭建。核查測試的設備與裝置是否處于穩定的運行狀態，確保不存在影響最終測試結果的外部因素，核查無誤后，開始具體的系統測試。

3.2 測試過程及結果分析

在上述所搭建的測試環境之下，進行更為具體的系統測試。可以先預設幾個溫度層級的測試點，分別設定為-10、0、10、16、20、25 ℃，在不同的測試環境之下，測定系統的警示反應情況。可以結合模糊控制算法，先計算出具體的監測交互系數，具體如式（3）所示。

式中：M為監測交互系數；δ為實際的監測范圍，m；為監控可調節范圍，m3；α為監測節點變化距離，m。

通過式（3），最終可以得出實際的監測交互系數。將其設定在系統的交互控制區域之中，再利用溫度監控系統與溫度傳感器，來獲取相應的測試數據線信息，將數據導入控制設備之中，形成相對應的處理協議。但是需要注意的是，對于本文所測定的小型糧食倉庫，可以通過設定控制執行指令的方式來完成溫度監測，進一步確保最終監測結果的可靠性，也可以提升系統的整體應用能力，降低溫度監測失誤性。在上述的背景環境之下，依據設定的順序，進行溫度的調節與變化，同時測定6組目標，最終計算出溫度監測系統的實際丟包率，具體如式（4）所示。

式中：Y為溫度監測系統實際丟包率，%；μ為糧食倉庫溫度變化比；d為模糊接收率。

通過式（4），最終可以得出溫度監測系統實際丟包率，根據得出的數據信息，進行具體的分析與驗證，如表1所示。

表1 系統測試結構分析

由表1可知：在試驗設定的6個溫度下，所設計的系統具有更強的靈活性與穩定性，而且溫度監測丟包率隨溫度升高呈下降趨勢，表明系統對于溫度的控制逐漸趨于穩定，同時監測的范圍也在不斷擴大延伸，效果更佳，具有實際的應用價值。

4 結 語

與傳統的溫度監控系統相比，本文所設計的系統更加靈活多變，具有較強的可操控性，在穩定的網絡環境之下，與GSM網絡關聯后，形成可控終端，同時營造貼合實際的監控環境，通過溫度調節指令的編制與處理，形成對糧食倉庫的控制區域，打破傳統監測限制的同時，增強了穩定性。與此同時，還可以預設相應的警示功能，加強對糧食倉庫的內部環境的監控，一旦溫度發生較大的變化，系統會即刻感知到異常，作出警示，進而確保最終的監測結果，最大程度提升系統的穩定性。