摘 要：提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化數(shù)字糧庫監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)方式，有效解決了糧庫中各類傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理、展現(xiàn)以及基于已有數(shù)據(jù)結(jié)果對各類糧庫設(shè)備實(shí)施控制等全流程問題。試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能夠廣泛集成已有糧食倉儲物聯(lián)網(wǎng)傳感器，使糧食倉儲物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)部署復(fù)雜度和建設(shè)成本降低，并使展現(xiàn)效果更加豐富，從而提高了糧食倉儲物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模應(yīng)用水平，同時(shí)為相關(guān)行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；糧食倉儲；糧庫監(jiān)管系統(tǒng)；傳感器

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）01-0071-02

0 引 言

糧食是關(guān)系國家穩(wěn)定的戰(zhàn)略性商品，是國民經(jīng)濟(jì)的命脈。確保國家儲備糧食數(shù)量真實(shí)、質(zhì)量完好，確保在需要時(shí)調(diào)得動(dòng)、用得上，是國家儲備糧管理的基本要求[1]。為此，糧食倉儲過程中已經(jīng)應(yīng)用了一些物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，比如：溫濕度傳感器以及在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的糧情檢測系統(tǒng)已經(jīng)得到較大范圍地應(yīng)用；蟲害傳感器及蟲害自動(dòng)檢測系統(tǒng)、霉菌（二氧化碳）傳感器及糧食質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)、氮?dú)鈧鞲衅骷白詣?dòng)氣調(diào)系統(tǒng)、磷化氫濃度在線傳感器及自動(dòng)熏蒸系統(tǒng)、壓力傳感器及糧食數(shù)量實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)、在線水分傳感器及烘干水分在線自動(dòng)控制系統(tǒng)等已經(jīng)得到初步應(yīng)用；糧食體積傳感器、密度傳感器等，以及相應(yīng)的清倉查庫設(shè)備和系統(tǒng)研發(fā)也已經(jīng)取得重要進(jìn)展[2]。

目前糧庫普遍使用的溫濕度采集系統(tǒng)，通常采用有線的方式接入各類型傳感器，這種方式存在著布線及測算困難、傳感器重復(fù)利用性差、故障排查困難、采集系統(tǒng)擴(kuò)展能力差、傳感器缺少統(tǒng)一管理等問題；同樣，其他正在示范應(yīng)用的系統(tǒng)都是單獨(dú)部署通信線路，系統(tǒng)部署成本較高、維護(hù)困難；另外，目前糧食倉儲企業(yè)的整體信息化水平較低，一些有信息化基礎(chǔ)的企業(yè)也僅僅局限于糧情測控系統(tǒng)、出入庫管理系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、財(cái)務(wù)等系統(tǒng)，單個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)沒有集成，是一個(gè)個(gè)信息孤島[3]，沒有給糧庫管理帶來信息集成共享效益。

在這種情況下，采用統(tǒng)一的集成終端對各類傳感器進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)預(yù)處理、通信和控制，降低系統(tǒng)成本，提高易用性，是糧食倉儲環(huán)節(jié)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢和提高傳感器應(yīng)用效率的必然選擇?；诮y(tǒng)一的集成終端設(shè)計(jì)的智能化數(shù)字糧庫監(jiān)管系統(tǒng)已經(jīng)在江蘇省十幾家糧庫進(jìn)行了建設(shè)實(shí)踐，并取得了良好的應(yīng)用效果。

1 總體架構(gòu)

本文提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化數(shù)字糧庫監(jiān)管系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對糧庫中的通風(fēng)控制、熏蒸作業(yè)和庫容計(jì)算等作業(yè)進(jìn)行自動(dòng)管理控制。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示.

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化數(shù)字糧庫監(jiān)管系統(tǒng)包括以下單元：

（1）硬件設(shè)備單元，包括：溫度傳感器、濕度傳感器、通風(fēng)設(shè)備、熏蒸設(shè)備、氣體采集設(shè)備、蟲害檢測設(shè)備。用于采集糧庫的各種具體服務(wù)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，將該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送給智能傳感器集成終端，所述業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、蟲害數(shù)據(jù)、氣體濃度數(shù)據(jù)；

（2）智能傳感器集成終端，用于通過異構(gòu)整合技術(shù)將所述硬件設(shè)備單元上報(bào)的各種不同消息格式的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行消息解析后，轉(zhuǎn)換為具有統(tǒng)一的消息協(xié)議格式的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并對所述業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，形成具有業(yè)務(wù)特性的數(shù)據(jù)并發(fā)送給糧庫集成管理平臺；接收糧庫集成管理平臺下發(fā)的智能傳感器集成終端和硬件設(shè)備單元的控制命令，向硬件設(shè)備單元下發(fā)來自糧庫集成管理平臺的控制命令；

（3）糧庫集成管理平臺，用于接收和存儲智能傳感器集成終端發(fā)送的具有業(yè)務(wù)特性的數(shù)據(jù)，根據(jù)所述具有業(yè)務(wù)特性的數(shù)據(jù)和設(shè)定的控制算法在所述糧庫中進(jìn)行庫容監(jiān)測、熏蒸控制、通風(fēng)控制、溫濕度監(jiān)測和/或氣體濃度監(jiān)測。

2 功能簡介

2.1 糧庫集成管理平臺的系統(tǒng)功能

（1）庫容監(jiān)測，查看各個(gè)倉庫存糧概況。倉庫狀態(tài)通過顏色標(biāo)識淡綠色表示空倉，淺綠色表示有存糧，并通過色塊大小標(biāo)識存量多少，鼠標(biāo)放在倉庫時(shí)顯示倉庫存糧信息。

（2）熏蒸管理，包括熏蒸計(jì)劃和熏蒸記錄功能。其中熏蒸計(jì)劃就是根據(jù)倉庫的蟲情信息制定熏蒸計(jì)劃，熏蒸計(jì)劃能做的操作以及當(dāng)前所處的狀態(tài)緊密相關(guān)；而熏蒸記錄則是根據(jù)通風(fēng)計(jì)劃對倉庫進(jìn)行熏蒸操作，并登記熏蒸信息。

（3）通風(fēng)管理，包括通風(fēng)計(jì)劃和通風(fēng)記錄功能。其中通風(fēng)計(jì)劃是根據(jù)倉庫的糧情信息制定的通風(fēng)計(jì)劃，通風(fēng)計(jì)劃能做的操作以及當(dāng)前所處的狀態(tài)緊密相關(guān)；而通風(fēng)記錄是根據(jù)通風(fēng)計(jì)劃對倉房進(jìn)行通風(fēng)，并將通風(fēng)方式、通風(fēng)具體操作等信息登記下來。

（4）溫濕度監(jiān)測，通過列表和圖表等不同的展現(xiàn)方式查看倉庫糧食溫度。其中列表方式可顯示采集時(shí)間、倉內(nèi)溫、倉內(nèi)濕、倉外溫、倉外濕、最高溫、最低溫、平均溫、最高濕、最低濕、平均濕等內(nèi)容；折線圖可顯示糧食的溫度趨勢變化；另外，三維展示圖可顯示糧食的3D糧溫圖。

（5）氣體濃度監(jiān)測，是對于安裝氣體傳感器的糧倉，可以設(shè)定氣體濃度報(bào)警功能，對氣體濃度大于或小于某個(gè)閾值時(shí)，進(jìn)行氣體濃度報(bào)警提示，報(bào)警的閾值可以根據(jù)糧倉的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，如對于氧氣濃度報(bào)警，《缺氧危險(xiǎn)作業(yè)安全規(guī)程GB8958-2006》中規(guī)定“當(dāng)氧氣濃度為19.5%時(shí)，即為缺氧危險(xiǎn)作業(yè)”[4]， 考慮到氧氣傳感器的精確度，可考慮當(dāng)氧氣濃度小于20%時(shí)，彈出報(bào)警頁面。

（6）蟲情監(jiān)測就是登記和查看害蟲情況。點(diǎn)擊要查看的倉庫，進(jìn)入該倉庫蟲情記錄頁面，記錄的屬性包括主要害蟲、蟲害密度（頭/公斤）、霉變情況等[5]。

2.2 智能傳感器終端功能

（1）數(shù)據(jù)采集

對于各種異構(gòu)傳感器的接入和數(shù)據(jù)采集是智能傳感器集成終端設(shè)備的一個(gè)核心功能。傳感器可以通過設(shè)備上的串口、I/O等接口以有線的方式接入，也可以通過ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)、無線路由節(jié)點(diǎn)以無線的方式接入。設(shè)備支持多樣的接入形式和龐大的接入數(shù)量，可以滿足糧食監(jiān)管中所需的溫濕度、氣體、水分等各類傳感器的接入需求[6]。

（2）數(shù)據(jù)整合加工

不同的傳感器采集到的數(shù)據(jù)格式各不相同，如果不作處理將大大增加監(jiān)管中心的數(shù)據(jù)分析和管理難度。通過智能傳感器集成終端設(shè)備的數(shù)據(jù)整合能力，能夠?qū)⒉煌袷降牟杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行翻譯，轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的協(xié)議形式，方便統(tǒng)一分析處理。此外，也可以過濾掉由各種原因造成的噪音數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的有效性、準(zhǔn)確性。

（3）數(shù)據(jù)警情上報(bào)

智能傳感器集成終端設(shè)備作為安置在糧庫前端的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，最終要將有效的數(shù)據(jù)通過有線網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)管中心，對于重要的數(shù)據(jù)，要尤其保證數(shù)據(jù)發(fā)送的完整性、實(shí)時(shí)性，防止丟失。此外，前端傳感器等各種設(shè)備出現(xiàn)損壞、丟失等意外情況時(shí)，終端設(shè)備也能將相應(yīng)的報(bào)警信息及時(shí)反饋給監(jiān)管中心，以便迅速作出應(yīng)對措施。

（4）設(shè)備遠(yuǎn)程控制

除了能夠接入傳感器外，智能傳感器集成終端還能通過串口、I/O等方式接入各類控制設(shè)備，如通風(fēng)設(shè)備、熏蒸設(shè)備、充氮設(shè)備等。通過消息協(xié)議轉(zhuǎn)換，可以在監(jiān)管中心方便地控制各糧庫的這些前端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程控制。

（5）數(shù)據(jù)存儲

對于重要的傳感器數(shù)據(jù)或監(jiān)控錄像，智能傳感器集成終端提供了本地存儲的能力，使得當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常等情況，集成終端無法與監(jiān)管中心通信時(shí)，重要數(shù)據(jù)不至于丟失，也可在出現(xiàn)特殊情況時(shí)調(diào)用本地錄像，重現(xiàn)事件經(jīng)過。

2.3 傳感器及控制設(shè)備功能

智能傳感器集成終端設(shè)備將以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、開放的公共接口，成功接入或兼容現(xiàn)有主流測溫設(shè)備、測蟲設(shè)備、智能通風(fēng)設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備等，可以實(shí)現(xiàn)倉儲管理相關(guān)設(shè)備、數(shù)據(jù)以及作業(yè)情況的信息整合。

3 應(yīng)用驗(yàn)證

本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化數(shù)字糧庫監(jiān)管系統(tǒng)已經(jīng)在江蘇省十幾個(gè)大中型糧庫進(jìn)行了應(yīng)用示范，取得了良好的效果，具體如下：

糧庫物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的部署復(fù)雜度和建設(shè)成本比以往多傳感器分別部署的情況有了很大改觀；

庫容檢測可以使用戶對倉庫糧食的存量信息一目了然，為清倉查庫提供了動(dòng)態(tài)的、精確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；

實(shí)時(shí)的蟲情檢測為熏蒸計(jì)劃的制定提供了可靠的依據(jù)，并為有效評估熏蒸效果提供了有力的信息支持。氣體濃度監(jiān)測為熏蒸人員的作業(yè)安全保駕護(hù)航；

生動(dòng)展示的溫濕度信息為通風(fēng)計(jì)劃的制定和變化提供了直觀的依據(jù)，并為通風(fēng)效果的評估提供了支撐條件。

4 結(jié) 語

試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能夠廣泛集成已有糧食流通物聯(lián)網(wǎng)傳感器，使得糧食流通物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)部署復(fù)雜度降低、建設(shè)成本降低、傳感器的聯(lián)動(dòng)使用的效果更加豐富，能夠有力地提高糧食流通物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用水平。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]于濱.以多元化信息安全全力服務(wù)“新四化”[N].中國航天報(bào)，2013-01-06.

[2]臧傳真，李其均.糧食流通動(dòng)態(tài)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究[J].物流技術(shù)，2009，28（2）：109- 112.

[3]臧傳真.現(xiàn)代糧食流通體系與技術(shù)支撐系統(tǒng)研究[J].物流技術(shù)，2010，29（1）：1-3.

[4]國家糧食局人事司.糧油保管員[S].2008.

[5]糧食大辭典編輯委員會(huì).糧食大辭典[S]. 2009.

[6]黃海昆，鄧佳佳.物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)與應(yīng)用[J].電信科學(xué)，2010（4）：12-15.