基于物联网的智能化数字粮库监管系统研究与应用

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摘 要：提出了一种基于物联网的智能化数字粮库监管系统的设计方案与实现方式，有效解决了粮库中各类传感器数据的采集、处理、展现以及基于已有数据结果对各类粮库设备实施控制等全流程问题。试验证明，该系统能够广泛集成已有粮食仓储物联网传感器，使粮食仓储物联网应用系统部署复杂度和建设成本降低，并使展现效果更加丰富，从而提高了粮食仓储物联网的规模应用水平，同时为相关行业的物联网应用提供参考。

关键字：物联网应用；粮食仓储；粮库监管系统；传感器

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2014）01-0071-02

0 引 言

粮食是关系国家稳定的战略性商品，是国民经济的命脉。确保国家储备粮食数量真实、质量完好，确保在需要时调得动、用得上，是国家储备粮管理的基本要求[1]。为此，粮食仓储过程中已经应用了一些物联网技术，比如：温湿度传感器以及在此基础上构建的粮情检测系统已经得到较大范围地应用；虫害传感器及虫害自动检测系统、霉菌（二氧化碳）传感器及粮食质量实时检测系统、氮气传感器及自动气调系统、磷化氢浓度在线传感器及自动熏蒸系统、压力传感器及粮食数量实时监测系统、在线水分传感器及烘干水分在线自动控制系统等已经得到初步应用；粮食体积传感器、密度传感器等，以及相应的清仓查库设备和系统研发也已经取得重要进展[2]。

目前粮库普遍使用的温湿度采集系统，通常采用有线的方式接入各类型传感器，这种方式存在着布线及测算困难、传感器重复利用性差、故障排查困难、采集系统扩展能力差、传感器缺少统一管理等问题；同样，其他正在示范应用的系统都是单独部署通信线路，系统部署成本较高、维护困难；另外，目前粮食仓储企业的整体信息化水平较低，一些有信息化基础的企业也仅仅局限于粮情测控系统、出入库管理系统、办公自动化、财务等系统，单个应用系统没有集成，是一个个信息孤岛[3]，没有给粮库管理带来信息集成共享效益。

在这种情况下，采用统一的集成终端对各类传感器进行统一数据预处理、通信和控制，降低系统成本，提高易用性，是粮食仓储环节物联网技术发展的必然趋势和提高传感器应用效率的必然选择。基于统一的集成终端设计的智能化数字粮库监管系统已经在江苏省十几家粮库进行了建设实践，并取得了良好的应用效果。

1 总体架构

本文提供了一种基于物联网的智能化数字粮库监管系统，以实现对粮库中的通风控制、熏蒸作业和库容计算等作业进行自动管理控制。系统的总体架构如图1所示.

基于物联网的智能化数字粮库监管系统包括以下单元：

（1）硬件设备单元，包括：温度传感器、湿度传感器、通风设备、熏蒸设备、气体采集设备、虫害检测设备。用于采集粮库的各种具体服务的业务数据，将该业务数据发送给智能传感器集成终端，所述业务数据包括温度数据、湿度数据、虫害数据、气体浓度数据；

（2）智能传感器集成终端，用于通过异构整合技术将所述硬件设备单元上报的各种不同消息格式的业务数据进行消息解析后，转换为具有统一的消息协议格式的业务数据，并对所述业务数据进行加工处理，形成具有业务特性的数据并发送给粮库集成管理平台；接收粮库集成管理平台下发的智能传感器集成终端和硬件设备单元的控制命令，向硬件设备单元下发来自粮库集成管理平台的控制命令；

（3）粮库集成管理平台，用于接收和存储智能传感器集成终端发送的具有业务特性的数据，根据所述具有业务特性的数据和设定的控制算法在所述粮库中进行库容监测、熏蒸控制、通风控制、温湿度监测和/或气体浓度监测。

2 功能简介

2.1 粮库集成管理平台的系统功能

（1）库容监测，查看各个仓库存粮概况。仓库状态通过颜色标识淡绿色表示空仓，浅绿色表示有存粮，并通过色块大小标识存量多少，鼠标放在仓库时显示仓库存粮信息。

（2）熏蒸管理，包括熏蒸计划和熏蒸记录功能。其中熏蒸计划就是根据仓库的虫情信息制定熏蒸计划，熏蒸计划能做的操作以及当前所处的状态紧密相关；而熏蒸记录则是根据通风计划对仓库进行熏蒸操作，并登记熏蒸信息。

（3）通风管理，包括通风计划和通风记录功能。其中通风计划是根据仓库的粮情信息制定的通风计划，通风计划能做的操作以及当前所处的状态紧密相关；而通风记录是根据通风计划对仓房进行通风，并将通风方式、通风具体操作等信息登记下来。

（4）温湿度监测，通过列表和图表等不同的展现方式查看仓库粮食温度。其中列表方式可显示采集时间、仓内温、仓内湿、仓外温、仓外湿、最高温、最低温、平均温、最高湿、最低湿、平均湿等内容；折线图可显示粮食的温度趋势变化；另外，三维展示图可显示粮食的3D粮温图。

（5）气体浓度监测，是对于安装气体传感器的粮仓，可以设定气体浓度报警功能，对气体浓度大于或小于某个阈值时，进行气体浓度报警提示，报警的阈值可以根据粮仓的实际情况进行设定，如对于氧气浓度报警，《缺氧危险作业安全规程GB8958-2006》中规定“当氧气浓度为19.5%时，即为缺氧危险作业”[4]， 考虑到氧气传感器的精确度，可考虑当氧气浓度小于20%时，弹出报警页面。

（6）虫情监测就是登记和查看害虫情况。点击要查看的仓库，进入该仓库虫情记录页面，记录的属性包括主要害虫、虫害密度（头/公斤）、霉变情况等[5]。

2.2 智能传感器终端功能

（1）数据采集

对于各种异构传感器的接入和数据采集是智能传感器集成终端设备的一个核心功能。传感器可以通过设备上的串口、I/O等接口以有线的方式接入，也可以通过ZigBee无线传感网络、无线路由节点以无线的方式接入。设备支持多样的接入形式和庞大的接入数量，可以满足粮食监管中所需的温湿度、气体、水分等各类传感器的接入需求[6]。

（2）数据整合加工

不同的传感器采集到的数据格式各不相同，如果不作处理将大大增加监管中心的数据分析和管理难度。通过智能传感器集成终端设备的数据整合能力，能够将不同格式的采集数据进行翻译，转换为统一的协议形式，方便统一分析处理。此外，也可以过滤掉由各种原因造成的噪音数据，提高数据的有效性、准确性。

（3）数据警情上报

智能传感器集成终端设备作为安置在粮库前端的数据采集设备，最终要将有效的数据通过有线网或无线网络传送到监管中心，对于重要的数据，要尤其保证数据发送的完整性、实时性，防止丢失。此外，前端传感器等各种设备出现损坏、丢失等意外情况时，终端设备也能将相应的报警信息及时反馈给监管中心，以便迅速作出应对措施。

（4）设备远程控制

除了能够接入传感器外，智能传感器集成终端还能通过串口、I/O等方式接入各类控制设备，如通风设备、熏蒸设备、充氮设备等。通过消息协议转换，可以在监管中心方便地控制各粮库的这些前端设备，实现设备远程控制。

（5）数据存储

对于重要的传感器数据或监控录像，智能传感器集成终端提供了本地存储的能力，使得当出现网络异常等情况，集成终端无法与监管中心通信时，重要数据不至于丢失，也可在出现特殊情况时调用本地录像，重现事件经过。

2.3 传感器及控制设备功能

智能传感器集成终端设备将以统一的数据标准、开放的公共接口，成功接入或兼容现有主流测温设备、测虫设备、智能通风设备、视频监控设备等，可以实现仓储管理相关设备、数据以及作业情况的信息整合。

3 应用验证

本文提出的基于物联网的智能化数字粮库监管系统已经在江苏省十几个大中型粮库进行了应用示范，取得了良好的效果，具体如下：

粮库物联网应用系统的部署复杂度和建设成本比以往多传感器分别部署的情况有了很大改观；

库容检测可以使用户对仓库粮食的存量信息一目了然，为清仓查库提供了动态的、精确的数据基础；

实时的虫情检测为熏蒸计划的制定提供了可靠的依据，并为有效评估熏蒸效果提供了有力的信息支持。气体浓度监测为熏蒸人员的作业安全保驾护航；

生动展示的温湿度信息为通风计划的制定和变化提供了直观的依据，并为通风效果的评估提供了支撑条件。

4 结 语

试验证明，该系统能够广泛集成已有粮食流通物联网传感器，使得粮食流通物联网应用系统部署复杂度降低、建设成本降低、传感器的联动使用的效果更加丰富，能够有力地提高粮食流通物联网规模应用水平。

参 考 文 献

[1]于滨.以多元化信息安全全力服务“新四化”[N].中国航天报，2013-01-06.

[2]臧传真，李其均.粮食流通动态跟踪关键技术研究[J].物流技术，2009，28（2）：109- 112.

[3]臧传真.现代粮食流通体系与技术支撑系统研究[J].物流技术，2010，29（1）：1-3.

[4]国家粮食局人事司.粮油保管员[S].2008.

[5]粮食大辞典编辑委员会.粮食大辞典[S]. 2009.

[6]黄海昆，邓佳佳.物联网网关技术与应用[J].电信科学，2010（4）：12-15.