中圖分類號：TS452；TP399 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2025）05-0141-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2025.05.022 開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Design of an intelligent temperature and humidity control system for tobacco warehousesbasedonbigdata

ZHAO Zi-jia1， ZHENG Xiao-yun ¹ ，LIJing-kai2， ZHANG Na¹ ， LIU Xiao- Ii^α ，LIUYuan-shangl （1.Hebei Baisha Tobacco Co.，Ltd.，Shijiazhuang O5oo51，China; 2.School of Trafic and Transportation，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang O5oo43，China）

Abstract：Takingtobacco warehousesofShijazhuangCigareteFactoryastheresearchobject，bigdataanalysis technologywasintro duced，temperatureandhumidityacquisitionmodules，functionalmodules，anddevelopmentmoduleswere programmed，inteligenttemperatureandhumiditycontrolsystemfortobacowarehouseswasdesigned，hichachievedautomaticcalculation，intelignt judgment，andobilealertingfortempeaturendumidityithinarehousesndgulationexperimentsforobaccaeouseperatureand humiditywereconductedTheresultsshowedthattheaverageresponse timefortobacco warehousetemperatureand humidityregulationintheinteligentcontrolsstedecreasedfro93sto6sndteaveragefectivedjusmentrateicresedfro 68% to 100% .The system automaticalycalculated temperature and humidityinside warehouses，sentreal-time alerts to mobile terminalswhen temperature and humidity reached warning thresholds，achieved 100% alarm accuracy，and realized intelligent management of temperature and humidity in tobacco warehouses，thereby improving equipment utilization rates.

Key words：big data analysis;tobacco warehouses;tmperature and humidity;inteligent control system;design

優(yōu)質(zhì)的煙葉是卷煙企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，保證煙葉質(zhì)量對提升卷煙工業(yè)企業(yè)發(fā)展水平具有重要意義，合格穩(wěn)定的倉庫環(huán)境有利于提高煙草養(yǎng)護和醇化質(zhì)量的可控性，能夠起到提質(zhì)保質(zhì)的作用[12]。目前國內(nèi)煙草行業(yè)主要通過人工手段改善庫內(nèi)溫濕度[3，4]。煙草倉庫通風是利用庫內(nèi)外空氣溫度不同形成氣壓差，使庫內(nèi)外空氣形成對流，達到調(diào)節(jié)倉庫內(nèi)溫濕度的目的[5-7]。按照通風目的不同，可分為通風加濕和通風散潮。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，溫濕度自動監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物生長和存儲過程的環(huán)境監(jiān)測[8-10]。在倉儲環(huán)節(jié)，部分倉庫配備了專業(yè)的加濕機、除濕機和通風設(shè)備，其余則采用自然通風方式。倉庫管理員在讀取溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)后，通過人工計算來判斷倉庫內(nèi)溫濕度是否需要調(diào)整，若需要則人工啟動通風設(shè)備，設(shè)備啟動一段時間后，需要管理員重新計算，才能夠確定設(shè)備關(guān)閉時間[1，12]

石家莊卷煙廠煙草倉庫已安裝環(huán)境溫濕度自動采集器以及加濕、除濕、通風設(shè)備，數(shù)據(jù)可在電腦終端查看。根據(jù)工藝要求，在高溫高濕季節(jié)，管理員需要在每天9：00、14：00通過電腦終端查看溫濕度，其余季節(jié)每天9：00查看，由于數(shù)據(jù)只能通過電腦端查詢，而管理員未配備工作機，無法及時掌握倉庫溫濕度變化情況，不能及時啟動溫濕度調(diào)控設(shè)備。其次，倉庫通風前，管理員需查詢庫內(nèi)外溫度、相對濕度、飽和濕度等數(shù)據(jù)，人工計算庫內(nèi)外絕對濕度，再結(jié)合工藝要求進行比對。當環(huán)境條件滿足要求時，可手動啟動設(shè)備。通風過程中，管理員需定時采集溫濕度數(shù)據(jù)，實時比對庫內(nèi)外環(huán)境參數(shù)，及時關(guān)閉設(shè)備。

傳統(tǒng)倉庫溫濕度管理存在數(shù)據(jù)量大、時效性低等問題，人工計算流程復(fù)雜且準確性難以保證。管理員往往依賴單一指標或經(jīng)驗判斷，導致溫濕度調(diào)控設(shè)備啟停時機不準確，易出現(xiàn)調(diào)控過度或不足的情況，最終造成調(diào)控效率低下、響應(yīng)滯后等問題。為解決以上問題，提高倉庫環(huán)境調(diào)控的響應(yīng)速度和準確性，利用大數(shù)據(jù)、信息化分析技術(shù)編寫溫濕度采集模塊、功能模塊、開發(fā)模塊，實現(xiàn)溫濕度的自動計算、智能判定和手機預(yù)警，開發(fā)一套智能化、自動化的煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)煙草倉庫智能通風加濕管理，保障倉庫內(nèi)適宜的溫濕度環(huán)境，為提高煙草倉儲精細化發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)包括溫濕度采集模塊、功能模塊、開發(fā)模塊，這3個模塊協(xié)同工作實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯運算、通風判斷、結(jié)果展示等一系列功能，各程序模塊之間采用WebAPI進行通信，數(shù)據(jù)查詢采用get方式，數(shù)據(jù)上傳采用post方式，煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)基本架構(gòu)如圖1所示。

通信數(shù)據(jù)采用JSON字符串格式，API調(diào)用通過jwttoken方式進行授權(quán)驗證，防止數(shù)據(jù)泄露和非法訪問，煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)各模塊均采用Java體系架構(gòu)技術(shù)進行開發(fā)，其中，溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊通過溫濕度采集器對測量點的溫濕度進行實時監(jiān)控并上傳到數(shù)據(jù)庫；該系統(tǒng)的核心功能模塊實現(xiàn)了多維度數(shù)據(jù)可視化，可實時展示倉庫溫濕度的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及預(yù)警信息，支持三維可視化、移動APP等多種展示形式，并兼容瀏覽器、大屏幕和移動終端等不同設(shè)備平臺。開發(fā)模塊通過Java語言進行程序編寫，采用MySQL建立本地數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，在開發(fā)模塊中，設(shè)計指令傳輸程序，向下對接物聯(lián)網(wǎng)，采集各點位的實時溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)，向上對接平臺數(shù)據(jù)中心，將溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送到平臺，并進行數(shù)據(jù)過濾，將跳變數(shù)據(jù)、垃圾數(shù)據(jù)、異常數(shù)據(jù)全部剔除，實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)配置、數(shù)據(jù)初始化、場景初始化、用戶控制等多種管理功能。煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)運行環(huán)境如表2所示。

2 工藝流程

維持適宜的溫濕度對于煙草的儲存與醇化過程至關(guān)重要[13]，其中絕對濕度 Σ=Σ 飽和濕度 × 相對濕度[14-16]。基于煙草倉儲的溫濕度工藝標準構(gòu)建煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控決策模型，通過自動化程序?qū)崟r采集并分析庫內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)，自動執(zhí)行溫濕度條件評估。當達到預(yù)設(shè)閾值時，系統(tǒng)向管理人員移動終端發(fā)送預(yù)警提示，支持遠程控制系統(tǒng)設(shè)備的啟停操作。煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)判定流程如圖2所示。

3 智能通風加濕系統(tǒng)設(shè)計

3.1 溫濕度采集

溫濕度采集模塊包括無線網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器以及若干溫濕度傳感器。溫濕度傳感器具有以下技術(shù)參數(shù)：溫度測量范圍為 -40～85°C ，精度達 ；相對濕度測量范圍為 0～100% ，精度 ±2% 。倉庫采用標準化監(jiān)測布點方案，以 500m² 為基本監(jiān)測單元，每個單元配置1個溫濕度傳感器。傳感器統(tǒng)一安裝在主通道煙草堆垛2/3高度處，安裝位置距地面約 1.6m ，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性。采集的溫濕度數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式上報局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)在接收監(jiān)測數(shù)據(jù)后執(zhí)行數(shù)據(jù)清洗和驗證流程，篩選出符合質(zhì)量標準的有效數(shù)據(jù)，隨后將數(shù)據(jù)分別存儲至數(shù)據(jù)庫并同步傳輸至通風決策系統(tǒng)進行實時分析比對。

考慮到由于在單一時刻采集的溫濕度數(shù)據(jù)代表性較差，為保證溫濕度數(shù)據(jù)能夠代表整個倉庫的環(huán)境情況，對溫濕度數(shù)據(jù)集進行建模。建模過程中，每30s采集1次溫度和濕度，每 5min 上傳1次溫濕度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用高頻采樣數(shù)據(jù)預(yù)處理機制，通過對每個溫濕度傳感器的連續(xù)采樣數(shù)據(jù)進行均值計算，生成單位面積的代表性溫濕度。這種數(shù)據(jù)處理方式有效消除瞬時采樣偏差，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。計算式如下。

式中， T 為單位面積的溫度； t_n 為每30s采集的溫度數(shù)據(jù)； n 為采集次數(shù)。

式中， ? 為單位面積的濕度； φ_n 為每30s采集的濕度數(shù)據(jù)； n 為采集次數(shù)。

基于空間加權(quán)平均算法對每個 500m² 監(jiān)測單元的溫濕度數(shù)據(jù)進行聚合計算，生成具有空間代表性的環(huán)境參數(shù)值，作為通風決策模型的輸入基準。

式中， 為倉庫內(nèi)的溫度； T_n 為單位面積溫度；N 為試驗點數(shù)量。

式中， ?_⊥ 為倉庫內(nèi)的濕度； 為單位面積濕度； N 為試驗點數(shù)量。

3.2 通風判定

以石家莊卷煙廠的煙草醇化倉庫為研究對象，倉庫的溫度控制在 20～30^eC ，相對濕度控制在 55% 265%^[17，18] ，判定流程見圖3。

1）無動作的判定條件。若相對濕度為 55% 265% ，則判定為當前環(huán)境濕度符合要求，無需任何操作。

2）通風除濕的判定條件。倉庫內(nèi)相對濕度gt;65% 時，開啟除濕設(shè)備，并監(jiān)測倉庫內(nèi)相對溫度。若倉庫內(nèi)相對溫度 gt;30°C ，且同時滿足以下3個條件時，開啟通風設(shè)備。 ① 倉庫內(nèi)絕對濕度 gt; 倉庫外絕對濕度。 ② 倉庫內(nèi)相對濕度 gt; 倉庫外相對濕度。③ 倉庫內(nèi)相對溫度 gt; 倉庫外相對溫度。

3）通風加濕的判定條件。倉庫內(nèi)相對濕度lt;55% 時，開啟加濕設(shè)備，并監(jiān)測倉庫內(nèi)相對溫度。當倉庫內(nèi)相對溫度 lt;20°C ，且倉庫內(nèi)絕對濕度lt;倉庫外絕對濕度時，則開啟通風設(shè)備。

3.3 通風預(yù)警

煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計了移動端預(yù)警模塊，預(yù)警信息與企業(yè)微信聯(lián)網(wǎng)，通過企業(yè)微信發(fā)送預(yù)警信息，預(yù)警信息推送流程如圖4所示。

經(jīng)系統(tǒng)判定需要調(diào)節(jié)溫濕度時，系統(tǒng)自動向移動端發(fā)送開啟溫濕度預(yù)警信息；需要關(guān)閉通風時，向移動端發(fā)送關(guān)閉通風預(yù)警信息，其中，移動端通風預(yù)警界面如圖5所示。

3.4移動端數(shù)據(jù)查詢及其他功能

考慮到倉庫管理員大部分時間都在煙草倉庫進行巡查，無法每天在電腦前工作，煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)開發(fā)了移動端功能模塊。通過該模塊管理員可以隨時查詢當前倉庫內(nèi)外的實時溫度和濕度數(shù)據(jù)，并能夠查看任意倉庫、任意樓層的溫濕度信息。移動端界面如圖6所示。

系統(tǒng)集成了絕對濕度自動計算模型，即便在部分尚未配備自動溫濕度采集器的老舊倉庫中，管理人員也可通過指針式溫濕度表讀取數(shù)據(jù)，并將其直接錄入系統(tǒng)。系統(tǒng)隨即自動計算出當前的絕對濕度，省去了手動計算和查閱飽和濕度表的繁瑣步驟，使管理人員能夠迅速依據(jù)系統(tǒng)提供的數(shù)值做出準確判斷。絕對濕度計算界面如圖7所示。

4試驗驗證

4.1 試驗方案

本試驗在的5號、6號、7號煙草倉庫進行，這3個倉庫均用于儲存荷花煙煙葉。每個倉庫為5層結(jié)構(gòu)，每層面積為 2000m²"每 500m²"安裝1個WI-SHT10溫濕度傳感器，傳感器每30s采集1次數(shù)據(jù)，每 5min 將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫。此外，每層配備加濕設(shè)備、除濕設(shè)備和通風系統(tǒng)，其離心風機的風量不低于 4000m³/h 。

分別在5號、6號、7號3個倉庫中各選取3層，共進行9次試驗。試驗過程中，通過對照溫濕度顯示終端的溫濕度變化情況，人工計算溫濕度以及判斷通風時機，驗證手機端是否能及時預(yù)警并發(fā)出提示。同時，測試從溫濕度超標到設(shè)備啟動的響應(yīng)時間，以及通風系統(tǒng)關(guān)閉后倉庫溫濕度的改善情況。試驗記錄了報警準確率、響應(yīng)時間及有效通風率等關(guān)鍵指標。其中，報警準確率為溫濕度超標時準確預(yù)警次數(shù)與總預(yù)警次數(shù)之比；響應(yīng)時間為從溫濕度超標到系統(tǒng)設(shè)備開啟的時間；有效調(diào)整率為溫濕度有效調(diào)整次數(shù)與溫濕度總調(diào)整次數(shù)之比。

4.2 試驗結(jié)果分析

煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)可在移動端查詢煙草倉庫當前溫濕度情況，當煙草倉庫溫濕度達到預(yù)警條件時，可及時向手機端發(fā)送溫濕度預(yù)警信息，報警準確率達 100% （表3）。

管理員根據(jù)移動端的預(yù)警信息及時開啟和關(guān)閉設(shè)備，倉庫內(nèi)的相對濕度和絕對濕度均能按需求得到調(diào)整，起到降濕或增濕的作用。使用煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)后煙草倉庫的平均有效調(diào)整率從68% 提升至 100% ，溫濕度調(diào)控響應(yīng)速度明顯提升，平均響應(yīng)時間從93s減少至6s，實現(xiàn)了及時、精準啟閉設(shè)備，能夠滿足煙草倉庫的實際使用需求。

5 小結(jié)

傳統(tǒng)煙草倉庫通過人工計算來判定是否需要調(diào)整溫濕度，存在智能化程度低、有效調(diào)整率低、響應(yīng)時間長的問題。為解決以上問題，根據(jù)煙草倉儲工藝要求設(shè)計了一套基于大數(shù)據(jù)的煙草倉庫溫濕度智能調(diào)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)以煙草倉庫溫濕度調(diào)控自動判定為問題導向，采用傳感器檢測倉庫內(nèi)溫濕度，通過編寫采集模塊、功能模塊、開發(fā)模塊，實現(xiàn)了絕對濕度自動計算、自動預(yù)警，完全替代人工計算，使煙草倉庫的報警準確率達 100% ，有效調(diào)整率達 100% ，響應(yīng)時間僅為6s，實現(xiàn)了煙草倉庫環(huán)境溫濕度智能管控，保證室內(nèi)溫濕度始終處于理想狀態(tài)，提高了設(shè)備利用率，同時，可應(yīng)用于其他種類農(nóng)作物存儲時的環(huán)境管控中，為提高農(nóng)產(chǎn)品倉儲智能化、信息化水平提供了技術(shù)支撐。

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（責任編輯雷霄飛）