丁曉斌 翟步順 李志強

我國是糧食生產(chǎn)大國，每年谷物收獲后因天氣原因來不及曬干或晾曬未達(dá)到安全水分標(biāo)準(zhǔn)造成糧食霉變的損失較多，要解決糧食安全問題，必須大力發(fā)展谷物干燥機械化。近年來，隨著土地適度規(guī)模經(jīng)營的推進(jìn)，在農(nóng)機購機補貼政策的引導(dǎo)下，谷物干燥機得到快速推廣和應(yīng)用，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的谷物干燥機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)對提高我國農(nóng)業(yè)裝備自動化水平以及裝備管理水平具有極其重要的意義。

1 谷物干燥機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成和工作原理

谷物干燥機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由谷物干燥機、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、北斗定位模塊、移動基站（移動網(wǎng)絡(luò)）、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成（見圖1）。

圖1 谷物干燥機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成

基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊通過RS485串口與谷物干燥機的電氣控制系統(tǒng)主板相連，可以實時采集谷物干燥機的狀態(tài)信息以及位置信息，再通過移動基站(移動網(wǎng)絡(luò))傳給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過GPRS網(wǎng)絡(luò)對指定的谷物干燥機遠(yuǎn)程控制和設(shè)置參數(shù)；谷物烘干機上傳的各種數(shù)據(jù)被遠(yuǎn)程監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫保存，根據(jù)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，產(chǎn)生各種需要的報表、圖表。用戶也可以通過安裝相應(yīng)的手機APP,對有管理權(quán)限的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1.1 谷物干燥機

谷物干燥機由攪龍、提升機、風(fēng)機、干燥部、儲留部、烘干熱源、水分檢測裝置、電氣控制系統(tǒng)組成。由電氣控制系統(tǒng)監(jiān)測和控制干燥溫度、水分，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時能自動報警。目前國內(nèi)谷物干燥機基本實現(xiàn)自動化控制，谷物干燥機控制器大多可以通過RS485串口與外界設(shè)備通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和交換。

1.2 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的設(shè)計、開發(fā)

無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊安裝在谷物干燥機上，與谷物干燥機控制系統(tǒng)通過串口RS485相連，采集谷物干燥機的狀態(tài)信息、位置數(shù)據(jù)，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)（移動基站、網(wǎng)絡(luò)）和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心收發(fā)數(shù)據(jù)。它是干燥機遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和谷物干燥機之間的橋梁和核心裝置。由于谷物干燥機作業(yè)過程中具有振動、高溫、高濕等特點，因此研發(fā)經(jīng)濟適用、質(zhì)量穩(wěn)定可靠的谷物干燥機遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊極其重要。

1.2.1 模塊設(shè)計背景

設(shè)計的重點是基于GPRS和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)，研發(fā)谷物干燥機作業(yè)過程中狀態(tài)數(shù)據(jù)采集技術(shù)。借助GPRS的數(shù)據(jù)通信功能和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的定位功能，組建谷物干燥機的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，解決空間位置信息和數(shù)據(jù)傳輸問題。

1.2.2 模塊的設(shè)計開發(fā)

（1）無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計（見圖2）。無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊主要用于谷物干燥機和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心之間數(shù)據(jù)的無線傳輸。

（2）電源穩(wěn)壓模塊。穩(wěn)壓模塊采用LM2576作穩(wěn)壓芯片，LM2576是降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，芯片內(nèi)置過流保護電路和過熱保護電路。該模塊可提供3.3V以及5V電壓。

（3）主要功能設(shè)計。支持北斗定位；可通過GPRS將定位數(shù)據(jù)回傳到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心；全密封設(shè)計，三防達(dá)到IP65防護等級；遠(yuǎn)程可以升級產(chǎn)品固件、配置參數(shù)。

1.3 谷物干燥機遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦任锔稍餀C遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、入庫、預(yù)處理并進(jìn)行統(tǒng)計、分析、挖掘和顯示，對所監(jiān)控的谷物干燥機進(jìn)行管理、監(jiān)控。

1.3.1 設(shè)計內(nèi)容

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心從應(yīng)用層、應(yīng)用軟件層、數(shù)據(jù)庫三方面進(jìn)行了設(shè)計。應(yīng)用層有狀態(tài)監(jiān)控、事件提醒、遠(yuǎn)程控制、報警管理、數(shù)據(jù)管理、查詢統(tǒng)計、系統(tǒng)管理、日志等；應(yīng)用軟件層有通信服務(wù)、消息服務(wù)、指令服務(wù)、數(shù)據(jù)分發(fā)、消息中間件、WEB應(yīng)用服務(wù)、地圖服務(wù)、報表分析等；數(shù)據(jù)庫有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(干燥機信息、狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)字典、位置信息、用戶數(shù)據(jù)庫)以及地理數(shù)據(jù)庫等。

1.3.2 功能設(shè)計

功能設(shè)計為：狀態(tài)監(jiān)控（狀態(tài)信息顯示、狀態(tài)信息處理）、異常報警（報警接收處理、異常報警智能控制）、統(tǒng)計查詢（控制指令統(tǒng)計、歷史狀態(tài)統(tǒng)計查詢、故障信息統(tǒng)計查詢）、遠(yuǎn)程控制（智能目標(biāo)選擇、遠(yuǎn)程指令處理）、用戶管理（干燥機管理、廠商管理）。

（1）狀態(tài)監(jiān)控。實現(xiàn)對谷物干燥機工作時水分、熱風(fēng)溫度、故障狀態(tài)等信息顯示。

（2）異常報警。當(dāng)谷物干燥機發(fā)生報警時，故障信息會自動上傳給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心會及時給出該機器的報警信息提示，由平臺自動將該信息下發(fā)給客戶手機。

（3）查詢統(tǒng)計。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心隨時記錄谷物干燥機作業(yè)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)（包括報警信息）并進(jìn)行分類統(tǒng)計，可以為企業(yè)后期的設(shè)備故障分析、產(chǎn)品工藝和機械設(shè)備的改進(jìn)提供參考依據(jù)。

（4）遠(yuǎn)程控制。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控中心可以對指定的烘干機進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)查詢、設(shè)置和遠(yuǎn)程控制，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控中心指導(dǎo)和監(jiān)督用戶正確使用谷物烘干機。

圖2 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊設(shè)計框圖

（5）用戶管理。通過后臺錄入用戶的基本信息，烘干機的類型、編號，以及配件提供商的信息，做好日志記錄工作，便于相關(guān)查詢、分析和總結(jié)。

2 谷物干燥機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用效果

江蘇天禹農(nóng)業(yè)機械有限公司研發(fā)的無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，通過谷物干燥機遠(yuǎn)程監(jiān)控中心對谷物干燥機狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和交換，成功構(gòu)建了谷物干燥機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的作用和效益主要體現(xiàn)在以下三個方面：

2.1 提升谷物干燥機制造企業(yè)的生產(chǎn)和服務(wù)水平

聯(lián)網(wǎng)烘干機的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)不斷被監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫保存和處理，可以產(chǎn)生各種統(tǒng)計圖表，為公司的經(jīng)營、管理、決策提供寶貴的資料和依據(jù)，明顯提高了烘干機企業(yè)對谷物干燥機用戶的技術(shù)服務(wù)水平。當(dāng)干燥機發(fā)生報警或用戶反應(yīng)機器有異常情況時，干燥機企業(yè)可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫的記錄，及時查明原因，正確指導(dǎo)用戶排除故障。通過跟蹤和管理報修事件，大大提高了“三包”人員服務(wù)的及時性和有效性，節(jié)省“三包”成本。

2.2 方便用戶使用

建立谷物干燥機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)之后，干燥機用戶可以及時得到干燥機企業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)；用戶也可以通過電腦或手機監(jiān)控設(shè)備的運行情況，更為方便、自由地使用谷物干燥機。

2.3 便于政府部門監(jiān)管

農(nóng)機管理部門通過推進(jìn)該系統(tǒng)的示范應(yīng)用，可以及時了解區(qū)域內(nèi)谷物干燥機作業(yè)生產(chǎn)情況，提升農(nóng)機監(jiān)管和信息化建設(shè)水平。

此外，使用該系統(tǒng)還直接提升了企業(yè)谷物干燥機的產(chǎn)品檔次和知名度，使產(chǎn)品具有明顯競爭優(yōu)勢，進(jìn)一步促進(jìn)了谷物干燥機的推廣銷售。