■汪 洪

（貴州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州貴陽，550005）

隨著食品安全意識的不斷提高，對畜產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求，顆粒飼料的標準正處于不斷完善的過程中。在市場、季節(jié)、地區(qū)以及原來儲存方法的影響下，原料數(shù)據(jù)是動態(tài)變化的，所以，應(yīng)該動態(tài)地調(diào)整飼料配方，從而能夠提高飼料的質(zhì)量。為了提高顆粒飼料生產(chǎn)線的自動化程度，應(yīng)該選擇一種行之有效的方法進行顆粒飼料的遠程監(jiān)控。隨著傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)浮出水面，物聯(lián)網(wǎng)就是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)以及射頻技術(shù)組建成的一個信息共享的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)能夠使任意物品在不受時間和空間限制的情況下和互聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)信息的傳輸，同時結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘、云計算等先進技術(shù)對數(shù)據(jù)信息進行處理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)顆粒飼料生產(chǎn)線的遠程監(jiān)控。

1 顆粒型飼料生產(chǎn)線的原理

顆粒型飼料生產(chǎn)工藝流程如下：顆粒原料從進料口進入，除去原料中的金屬雜質(zhì)，進行粉碎處理，加入添加液，制粒，經(jīng)過冷卻后，進行包裝。

通過物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效地控制顆粒型飼料生產(chǎn)線的各個環(huán)節(jié)，在配料時，能夠精確地計量；在顆粒原料提升、粉碎以及分級存儲時，能夠準確地控制加工過程；在加入添加液的過程中，應(yīng)該準確地控制飼料的濕度、壓力以及混合配比；在制粒、冷卻、包裝時能夠有效地控制加工精度，從而能夠有效地提高飼料的質(zhì)量。通過構(gòu)建顆粒型飼料物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)能夠提高生產(chǎn)線的工作效率，避免由于配方、飼料種類以及飼料加工工藝改變所需的投資。

2 顆粒型飼料生產(chǎn)線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計

顆粒型飼料加工的可靠性和實時性對于提高飼料加工質(zhì)量是非常重要的。ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠節(jié)約電能，并且具有較好的工作穩(wěn)定性，并且能夠節(jié)約在顆粒型飼料生產(chǎn)線布線產(chǎn)生的費用。顆粒型飼料生產(chǎn)線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的框架如圖1所示。

圖1 顆粒型飼料生產(chǎn)線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的框架

監(jiān)控人員利用GSM網(wǎng)絡(luò)或者Internet網(wǎng)絡(luò)對顆粒型飼料監(jiān)測中心中的數(shù)據(jù)庫進行實時地監(jiān)測，并且根據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)測的結(jié)果對顆粒型飼料生產(chǎn)線的各個環(huán)節(jié)進行控制。遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括監(jiān)控中心和分機，分機可以實現(xiàn)飼料生產(chǎn)過程中相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，并且能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)的各個環(huán)節(jié)的操作進行控制。分機和監(jiān)控中心可以利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進行連接，ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有自組網(wǎng)的作用，能夠易于加入或刪除節(jié)點，依據(jù)生成樹協(xié)議不同的ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊都和一組路由向量表相對應(yīng)，能夠不斷地更新，如果網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生了物理上的阻斷，節(jié)點能夠通過其他路徑把飼料生產(chǎn)線各個環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

3 顆粒型飼料生產(chǎn)線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)監(jiān)控中心的設(shè)計

監(jiān)控中心包括三個主要組成部分：第一部分通過AVR單片機獲得ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊傳輸?shù)娘暳霞庸どa(chǎn)線的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且傳輸?shù)缴衔粰C；第二部分是上位機執(zhí)行由LabVIEW編制的程序，控制顆粒型飼料生產(chǎn)線各個環(huán)節(jié)上的參數(shù)，并且將參數(shù)顯示出來，接著將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中；第三部分為外部通信，主要通過用戶手機和GSM網(wǎng)絡(luò)通信，利用Internet網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)監(jiān)控人員和上位機的通信。

顆粒型飼料遠程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控中心可以接收分機傳輸?shù)南嚓P(guān)參數(shù)信號，通過上位機的Lab-VIEW程序保存于數(shù)據(jù)庫中，同時能夠顯示數(shù)據(jù)信息，監(jiān)控人員可以隨時查看相關(guān)數(shù)據(jù)信息，Lab-VIEW程序可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)極限發(fā)出顆粒型飼料生產(chǎn)線的控制指令。監(jiān)控中心可通過GSM網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控人員通信，當飼料生產(chǎn)線工作人員發(fā)送請求查看數(shù)據(jù)時，監(jiān)控中心可以檢索到分機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，反饋給工作人員。如果數(shù)據(jù)參數(shù)超出了界限，則向生產(chǎn)線的工作人員發(fā)出警告，發(fā)出生產(chǎn)線控制指令。監(jiān)控中心可以利用動態(tài)域名分析軟件，飼料生產(chǎn)線工作人員無需使用價格較高的專線，并且能夠在任意時間登錄監(jiān)控中心。

顆粒型飼料生產(chǎn)線遠程監(jiān)控中心利用GSM網(wǎng)絡(luò)，在分站利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)和主站監(jiān)控中心進行通信，從而能夠有效地節(jié)約通信成本，手機短信通信的費用和生產(chǎn)線工作人員信息查詢的次數(shù)成正比。顆粒型飼料生產(chǎn)線遠程監(jiān)控系統(tǒng)能夠節(jié)約電能，減少人力投資。Internet網(wǎng)絡(luò)能夠提供更為豐富的功能，易于操作，實現(xiàn)實時的信息查詢，可以了解生產(chǎn)線的工作狀態(tài)。

3.2 遠程監(jiān)控系統(tǒng)分機的設(shè)計

分機可以和監(jiān)控中心通信，接收監(jiān)控中心傳輸?shù)纳a(chǎn)線各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集和轉(zhuǎn)發(fā)，并且對生產(chǎn)線各個環(huán)節(jié)進行控制，顆粒型飼料機遠程監(jiān)控分機的設(shè)計原理如圖2所示。

圖2 顆粒型飼料機遠程監(jiān)控系統(tǒng)分機的設(shè)計原理

飼料生產(chǎn)線各個環(huán)節(jié)安置的傳感器傳輸?shù)碾娏餍盘?，通過放大濾波以及模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過SPI總線傳輸?shù)紸VR單片機，單片機將接受的小信號進行運算，計算出信號的誤差，然后誤差值被傳輸?shù)絑igBee模塊，最后傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)控中心反饋的信號通過AVR單片機進行飼料生產(chǎn)線的控制。

3.3 嵌入式網(wǎng)關(guān)

嵌入式網(wǎng)關(guān)的作用是接收、處理以及存儲數(shù)據(jù)，主要體現(xiàn)在：監(jiān)控串口設(shè)備，接收節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)屬性存儲在數(shù)據(jù)庫中；嵌入式網(wǎng)關(guān)監(jiān)控客戶端的訪問請求，對其進行配置和查詢，同時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程客戶端。嵌入式網(wǎng)關(guān)的原理如圖3所示。

圖3 嵌入式網(wǎng)關(guān)的原理

嵌入式網(wǎng)關(guān)的核心設(shè)備是ARM11芯片，外圍設(shè)備接口有：1 GB SLC Nand Flash存儲器，256 M DDR RAM，10 V的供電電源，底板包括三個LCD接口、100 M標準網(wǎng)絡(luò)接口、4線電阻觸摸屏接口、標準DB9 5線串口、Mini USB2.0接口，USB Host 1.1，SD卡座，3 mm音頻接口，紅外接收端口等，還有4路TTL串口，1路SDIO2接口、1路TV-OUT接口等。為了能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線工作人員的遠程訪問，采用3G模塊將無線網(wǎng)絡(luò)接入到監(jiān)控系統(tǒng)中。

3.4 智能手機

為了可以不受時間和空間的制約對顆粒型飼料生產(chǎn)線進行實時地監(jiān)控，利用三星智能手機作為訪問終端，采用了Android 4.1操作系統(tǒng)，內(nèi)置了全新NOTE/5.5寸四核處理器，能夠運行2 GB的虛擬內(nèi)存，工作頻率為1.3 GHz，智能手機能夠滿足GSM和WCDMA的制式要求，能夠利用GMS/GPRS/WCDMA/EDGE/HSDPA實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。

顆粒型飼料生產(chǎn)線遠程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用QT開發(fā)平臺編制客戶端程序，手機客戶端程序的功能包括：連接服務(wù)器、傳輸控制指令、分析和顯示數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件不僅包括嵌入式Linux的裁剪和移植，還包括3個模塊，分別是服務(wù)器模塊、串口通信模塊和數(shù)據(jù)操作模塊，不同模塊之間可以彼此作用，完成一定的功能。

4.1 服務(wù)器模塊

顆粒型飼料遠程監(jiān)控系統(tǒng)C/S模式，服務(wù)器和客戶端利用Socket實現(xiàn)通信。服務(wù)器模塊能夠監(jiān)控Socket端口，分析處理客戶端的服務(wù)請求，同時將處理結(jié)果反饋到客戶端，相應(yīng)的工作流程如下所示：

①創(chuàng)建Socket，進行捆綁和監(jiān)控Socket端口；

②Socket端口接收到數(shù)據(jù)后，解析數(shù)據(jù)；

③接收到配置指令后，調(diào)用串口通信模塊，將配置指令讀入串口；接受到查詢請求，調(diào)用操作模塊，按照請求參數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢，將查詢結(jié)果傳輸?shù)娇蛻舳恕?/p>

4.2 串口通信模塊

利用程序開啟串口之后，對串口設(shè)備進行監(jiān)控，當有數(shù)據(jù)通過監(jiān)控中心從串口設(shè)備傳輸時，分析數(shù)據(jù)，并且進行相應(yīng)的處理，調(diào)用數(shù)據(jù)操作模塊將傳感器的數(shù)據(jù)進行分類存儲。相應(yīng)的工作流程如下所示：

①初始化設(shè)備，開啟串口，設(shè)置串口的屬性，主要包括串口的波特率、串口的控制模式標識、串口的本地模式標識、輸入/輸出模式標識、串口的控制字符等。

②將數(shù)據(jù)發(fā)送/接收緩沖區(qū)清空，主要目的是能夠確保讀/寫操作不受串口緩沖區(qū)中原來的數(shù)據(jù)信息影響。

③通過串口讀取顆粒型飼料生產(chǎn)線各個環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且解析相關(guān)數(shù)據(jù)，同時調(diào)用數(shù)據(jù)操作模塊將相關(guān)數(shù)據(jù)儲存于數(shù)據(jù)庫之中；把配置指令寫到串口之中。

4.3 數(shù)據(jù)操作模塊

數(shù)據(jù)操作模塊的接口可以調(diào)用服務(wù)器模塊以及串口模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對嵌入式數(shù)據(jù)庫的不同操作。主要包括以下操作：創(chuàng)建表、插入數(shù)據(jù)、檢索數(shù)據(jù)等。

4.4 智能手機終端的軟件設(shè)計

手機客戶端主要有3個程序：人機接口程序、數(shù)據(jù)傳輸和處理程序以及監(jiān)控請求程序。人機接口可以有利于生產(chǎn)線的工作人員通過人機交互界面進行相關(guān)操作，工作人員可以設(shè)置生產(chǎn)線監(jiān)控的參數(shù)，并且能夠?qū)崟r的傳輸相關(guān)參數(shù)，可以通過表格或圖形的形式傳輸數(shù)據(jù)，生產(chǎn)線的工作人員可以監(jiān)測到相關(guān)參數(shù)實時的變化曲線。數(shù)據(jù)傳輸和處理程序能夠?qū)崿F(xiàn)接收數(shù)據(jù)包的解碼，同時能夠?qū)獯a數(shù)據(jù)進行處理。監(jiān)控請求程序的功能是將數(shù)據(jù)檢索請求和配置指令以數(shù)據(jù)包的形式傳輸?shù)椒?wù)器上。

5 系統(tǒng)的現(xiàn)場測試

對顆粒型飼料生產(chǎn)線遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行現(xiàn)場測試，能夠滿足生產(chǎn)線的工藝要求，從喂料、加添加液、制粒、冷卻以及分級等環(huán)節(jié)上都能夠有效地控制，提高顆粒型飼料生產(chǎn)線的工作穩(wěn)定性，能夠確保飼料配比處于合理的范圍內(nèi)，添加液的混合溫度保持在合理的范圍內(nèi)，添加液液面的高度處于合理高度范圍內(nèi)，進而能夠有效地提高顆粒型飼料生產(chǎn)的質(zhì)量。

以生產(chǎn)線工作人員查詢添加液液面高度控制為例，將查詢請求通過分機傳輸給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心將查詢數(shù)據(jù)反饋給客戶端，添加液液面高度信息的數(shù)據(jù)查詢結(jié)果如圖4所示。

圖4 添加液液面高度的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)曲線

6 結(jié)論

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合到顆粒型飼料生產(chǎn)線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計之中，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)信息的有效傳輸，實現(xiàn)對生產(chǎn)線的全程管理和高效管理，確保飼料加工生產(chǎn)線的可靠運行，能夠有效地節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率，具有較為廣闊的發(fā)展前景。