果穗烘干仓集散式智能温湿度监测系统

马文军+任嘉宇+侯艳芳

摘要玉米果穗烘干过程中的温度监测是烘干系统中极其重要的环节，为了保证种子的品质不受影响，必须采用先进的、可靠的设备，并且对烘干工艺过程进行严格控制。本文介绍一种集散式温湿度监测系统，系统采用触摸屏和高精度温湿度传感器，稳定性高，抗干扰能力强，能充分满足种子加工行业的使用要求和现场环境。运行特点是抗静电干扰，能耗低，检测精度高，能够长期稳定运行。

关键词烘干仓传感器触摸屏组态

温湿度监测是果穗烘干控制系统的重要组成部分，果穗烘干房间比较多、环境复杂、布线分散，给施工安装和现场操作维修带来很大麻烦。通常情况下，采用多点温湿度巡检仪表显示各点温湿度，由于巡检仪表是多个通道依次显示，时间间隔较长，不利于监测人员观察和记录数据，并且传感器与仪表逐一进行接线，布线非常复杂。

本系统采用集散式控制方式，由触摸屏和高精度温湿度传感器及一套嵌入式触摸屏组态程序组成，能够准确、迅速地将烘仓内的各点温湿度实时采集到触摸屏，并实时显示在主界面上，供烘干工段进行科学管理，由RS-485总线组成的分布式监测系统，具有响应速度快、数据更新及时、抗干扰能力强且能进行长距离通信等优点，同时，RS-485通讯使得触摸屏至传感器之间的布线变得非常简单，只要一根双绞线即可，改变了原来繁琐的布线方式，方便施工及日后检修。

集散式智能温湿度监测系统采用昆仑通态TPC1062KS触摸屏，将果穗干燥间及主风道各个部位温度湿度参数采集并上传到控制室中，触摸屏显示每点温湿度实时测量值、实时曲线，温湿度历史数据报表，根据设定温湿度和烘干时间进行智能判断，并作出操作提示、超标报警、图表处理、报表打印等，可以设定数据存储时间间隔，方便用户随时查询所有历史温湿度数据。为了提醒操作人员掌握测量果穗水分的时间，特别加入了每个果穗干燥间果穗上下温度差值和湿度差值报警，可以单独进入单独房间操作界面进行设置，报警限值可由操作人员根据实际工作状态设定。

一、硬件设计

硬件结构如图1。

图1智能温湿度监测系统硬件结构图传感器地址分配采用二进制编码，触摸屏自动对每个传感器进行寻址，采集各路传感器的温湿度信号，并转换成数字信号显示在系统的主界面上，并按时间段进行存储，生成温度报表和曲线，供查询和打印，同时对超过设定值的温湿度值所对应的烘干仓进行报警。

昆仑通态的TPC1062KS型触摸屏，是一套以嵌入式低功耗CPU为核心的高性能嵌入式一体化触摸屏，ARM9内核、CPU主频400 MHz、64M内存、128M存储空间，屏幕为10.2英寸高亮度TFT液晶显示屏，分辨率为800×400，预装了MCGS嵌入式组态软件，组态功能强大灵活，图形库丰富，支持U盘备份恢复，功耗低，抗干扰性能达到工业III级标准，运行可靠，可根据实际需要自由进行编程。

温湿度传感器选用昆仑海岸JWSL-6系列防护型一体化温湿度变送器，该传感器适用于灰尘等条件较差的场所的温湿度测量，性能可靠。采用DC24 V供电，温度量程为0～50 ℃；湿度量程为0～100%RH 。准确度：温度为±0.5 ℃（0～50 ℃）；湿度为±3%RH，5%RH～95%RH，25 ℃。工作温度为10～60 ℃。长期稳定性：湿度为﹤1%RH/y；温度﹤0.1 ℃/y。响应时间﹤15 s（1 m/s 风速）。输出信号：RS485网络输出型。安装方式：壁挂式固定墙面。温湿度传感器RS-485输出采用双绞线与RS232/485转换器连接，多个传感器采用2芯0.5 mm2屏蔽双绞线并联。

温湿度传感器供电电源采用佛山威捷电子设备厂生产的数显SY3003D线性直流电源两台，输出电压24 V，单台输出电流3 A，可以在满负荷状态下，长时间不间断地使用，并具有安全保护功能。

烘干仓内布点如图2：

图2烘干仓内布点图烘干仓内玉米装仓高度为垂直筛板3 m高，所以在每个烘干仓的通风筛板中部位置向上4 m处安装上部温湿度传感器，通风筛板下部0.5 m处安装下部温湿度传感器，并把上下传感器的对应接线端子并连接到485总线，多个温湿度传感器并联后的总线直接进入控制室的RS232/485接口上，其他烘干仓接法相同。

二、软件设计

嵌入式组态软件的组态环境和模拟运行环境相当于一套完整的工具软件，可以在PC机上运行。嵌入式组态软件的运行环境则是一个独立的运行系统，它按照组态工程中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态工程一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，并且将组态好的工程通过USB口下载到嵌入式一体化触摸屏的运行环境中，组态工程就可以离开组态环境而独立运行在TPC上。从而实现了控制系统的可靠性、实时性、确定性和安全性。

MCGS嵌入版生成的用户应用系统，主要由设备窗口、用户窗口、实时数据库构成，设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。通过在用户窗口内放置不同的图形对象，用户可以构造各种复杂的图形界面，用不同的方式实现数据和流程的“可视化”。实时数据库相当于一个数据处理中心，同时也起到公共数据交换区的作用。从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库，系统其他部分操作的数据也来自于实时数据库。

触摸屏组态编程时，在用户窗口中首先设计启动窗口，即主界面窗口，触摸屏启动后自动登录主界面窗口，启动窗口包含温湿度数据等所有信息。以每批干燥果穗800 t为例，一共16个干燥间，每个房间上下各设一个温湿度采集点，主风道内在前部、中部、后部各设一个采集点，共35点。启动窗口中，所有采集点的数据都显示在上面，其中温度上限报警设定为公共报警，点击温湿度上限报警后面的数字，出现对话框，操作人员可以设定数值。当某一点或几点温度超过设定值后，温度显示值闪烁，提示超温。endprint

在主界面窗口中，按下每个房间的序号按钮，则可进入相应的干燥间界面观察详细的参数情况，例如，按下“2#”键按钮，则进入2#果穗干燥间温湿度监测界面窗口，在这个窗口中，用形象化的烘干仓剖面图表示出果穗干燥间上部、下部的温度和湿度，并以不同的颜色显示测量数字，窗口的右半部分绘制出温湿度实时曲线，在同一个坐标系内以不同的颜色加以区分。特别设置了上下温度差、湿度差报警，当上下温度差或上下湿度差小于设定值时，此时“温度差达到设定值，请检测水分”或“湿度差达到设定值，请检测水分”变为可见文字，并闪烁报警，同时，启动窗口中的相应房间红色报警指示灯或绿色报警指示灯也变成可见并闪烁报警。而且，我们还可以从温湿度曲线图上看出上下温度曲线向一起靠拢，上下湿度曲线向一起靠拢，提醒操作人员检查水分。温度差下限报警设定和湿度差下限报警设定方法与启动窗口中温度上限报警设定相同。按下“返回”按钮，可以回到启动窗口，按下“上一页”进入到1#果穗干燥间，按下“下一页”进入到3#果穗干燥间，其余房间与此相同。

在启动窗口中，按下“温度（℃）数据报表”按钮，或“湿度（%RH）数据报表”按钮，进入相应界面窗口，组态编程时，设置每30 min保存数据一次，操作人员可在此界面上查询历史数据，并可打印报表。实际运行过程中，可以点击“设置”按钮，出现对话框，操作人员可以输入需要查询的时间范围，就可以查询输入时间范围内的所有历史数据。

果穗烘干仓集散式智能温湿度监测系统抗干扰能力强，能耗低，能够长时间稳定运行。果穗烘干仓集散式智能温湿度监测系统的应用，提高了种子加工过程的科学化管理水平，实现了生产过程的智能化、自动化，对于我国种业科技的快速发展具有重要意义。

参考文献：

＼[1＼]杨宁，赵玉刚.集散控制系统及现场总线[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

＼[2＼]何利民.嵌入式系统的定义与发展历史[J].单片机与嵌入系统应用，2004（1）.

＼[3＼]郑戍华，王向周，南顺成，等.电阻式触摸屏在智能仪表中的应用[J].仪表技术与传感器，2003（1）.

＼[4＼]李方园.人机界面设计技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

＼[5＼]周荣富，陶文英..集散控制系统[M].北京：北京大学出版社，2011.`（04）endprint

在主界面窗口中，按下每个房间的序号按钮，则可进入相应的干燥间界面观察详细的参数情况，例如，按下“2#”键按钮，则进入2#果穗干燥间温湿度监测界面窗口，在这个窗口中，用形象化的烘干仓剖面图表示出果穗干燥间上部、下部的温度和湿度，并以不同的颜色显示测量数字，窗口的右半部分绘制出温湿度实时曲线，在同一个坐标系内以不同的颜色加以区分。特别设置了上下温度差、湿度差报警，当上下温度差或上下湿度差小于设定值时，此时“温度差达到设定值，请检测水分”或“湿度差达到设定值，请检测水分”变为可见文字，并闪烁报警，同时，启动窗口中的相应房间红色报警指示灯或绿色报警指示灯也变成可见并闪烁报警。而且，我们还可以从温湿度曲线图上看出上下温度曲线向一起靠拢，上下湿度曲线向一起靠拢，提醒操作人员检查水分。温度差下限报警设定和湿度差下限报警设定方法与启动窗口中温度上限报警设定相同。按下“返回”按钮，可以回到启动窗口，按下“上一页”进入到1#果穗干燥间，按下“下一页”进入到3#果穗干燥间，其余房间与此相同。

在启动窗口中，按下“温度（℃）数据报表”按钮，或“湿度（%RH）数据报表”按钮，进入相应界面窗口，组态编程时，设置每30 min保存数据一次，操作人员可在此界面上查询历史数据，并可打印报表。实际运行过程中，可以点击“设置”按钮，出现对话框，操作人员可以输入需要查询的时间范围，就可以查询输入时间范围内的所有历史数据。

果穗烘干仓集散式智能温湿度监测系统抗干扰能力强，能耗低，能够长时间稳定运行。果穗烘干仓集散式智能温湿度监测系统的应用，提高了种子加工过程的科学化管理水平，实现了生产过程的智能化、自动化，对于我国种业科技的快速发展具有重要意义。

参考文献：

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＼[3＼]郑戍华，王向周，南顺成，等.电阻式触摸屏在智能仪表中的应用[J].仪表技术与传感器，2003（1）.

＼[4＼]李方园.人机界面设计技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

＼[5＼]周荣富，陶文英..集散控制系统[M].北京：北京大学出版社，2011.`（04）endprint

在主界面窗口中，按下每个房间的序号按钮，则可进入相应的干燥间界面观察详细的参数情况，例如，按下“2#”键按钮，则进入2#果穗干燥间温湿度监测界面窗口，在这个窗口中，用形象化的烘干仓剖面图表示出果穗干燥间上部、下部的温度和湿度，并以不同的颜色显示测量数字，窗口的右半部分绘制出温湿度实时曲线，在同一个坐标系内以不同的颜色加以区分。特别设置了上下温度差、湿度差报警，当上下温度差或上下湿度差小于设定值时，此时“温度差达到设定值，请检测水分”或“湿度差达到设定值，请检测水分”变为可见文字，并闪烁报警，同时，启动窗口中的相应房间红色报警指示灯或绿色报警指示灯也变成可见并闪烁报警。而且，我们还可以从温湿度曲线图上看出上下温度曲线向一起靠拢，上下湿度曲线向一起靠拢，提醒操作人员检查水分。温度差下限报警设定和湿度差下限报警设定方法与启动窗口中温度上限报警设定相同。按下“返回”按钮，可以回到启动窗口，按下“上一页”进入到1#果穗干燥间，按下“下一页”进入到3#果穗干燥间，其余房间与此相同。

在启动窗口中，按下“温度（℃）数据报表”按钮，或“湿度（%RH）数据报表”按钮，进入相应界面窗口，组态编程时，设置每30 min保存数据一次，操作人员可在此界面上查询历史数据，并可打印报表。实际运行过程中，可以点击“设置”按钮，出现对话框，操作人员可以输入需要查询的时间范围，就可以查询输入时间范围内的所有历史数据。

果穗烘干仓集散式智能温湿度监测系统抗干扰能力强，能耗低，能够长时间稳定运行。果穗烘干仓集散式智能温湿度监测系统的应用，提高了种子加工过程的科学化管理水平，实现了生产过程的智能化、自动化，对于我国种业科技的快速发展具有重要意义。

参考文献：

＼[1＼]杨宁，赵玉刚.集散控制系统及现场总线[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

＼[2＼]何利民.嵌入式系统的定义与发展历史[J].单片机与嵌入系统应用，2004（1）.

＼[3＼]郑戍华，王向周，南顺成，等.电阻式触摸屏在智能仪表中的应用[J].仪表技术与传感器，2003（1）.

＼[4＼]李方园.人机界面设计技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

＼[5＼]周荣富，陶文英..集散控制系统[M].北京：北京大学出版社，2011.`（04）endprint