糧食儲(chǔ)存品質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引 言
我國(guó)是世界上最大的糧食生產(chǎn)、儲(chǔ)藏及消費(fèi)大國(guó)，糧食儲(chǔ)藏是國(guó)家為防備戰(zhàn)爭(zhēng)、災(zāi)荒及其他突發(fā)性事件而采取的有效措施，因此糧食的安全儲(chǔ)藏是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的戰(zhàn)略大事。糧食在貯藏過(guò)程中，會(huì)因?yàn)槭軠囟取穸?、氧氣、微生物及昆蟲(chóng)等因素的影響，從而造成其質(zhì)量的不良改變。對(duì)糧食貯藏過(guò)程中的影響參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析，是保障糧食儲(chǔ)存品質(zhì)的有效手段。在此，通過(guò)采用CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)影響糧食貯藏過(guò)程中的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不良變化時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，保證糧食儲(chǔ)存的安全。

1 影響糧食儲(chǔ)存品質(zhì)的因素分析
影響糧食儲(chǔ)存品質(zhì)的因素很多，其中微生物污染因素影響最大。糧食在收獲、貯藏、加工等過(guò)程中極容易受到霉菌、細(xì)菌、酵母菌的污染，當(dāng)條件適宜時(shí)，它們就能迅速地在糧食中生長(zhǎng)繁殖，并產(chǎn)生毒素，使糧食及其制品變質(zhì)。因此，在貯藏糧食時(shí)要采取防微生物污染的措施及控制微生物生長(zhǎng)繁殖的手段；其次在儲(chǔ)存糧食的過(guò)程中要注意溫度、濕度、氧氣的影響。在微生物生長(zhǎng)繁殖時(shí)需要適宜的溫度、濕度和氧氣(厭氧菌除外)，如果貯藏時(shí)濕度過(guò)大，溫度過(guò)高，氧氣充足，則污染的微生物就能迅速生長(zhǎng)繁殖，至使谷類及其制品發(fā)霉或腐敗變質(zhì)。因此，糧食在貯藏時(shí)不僅要求其本身含水量要低(不超過(guò)15％)，而且貯藏環(huán)境亦應(yīng)保持低溫、干燥、通風(fēng)良好。蟲(chóng)害也是影響糧食儲(chǔ)存品質(zhì)的一個(gè)重要因素，害蟲(chóng)在原糧及半成品中都能生長(zhǎng)，如當(dāng)倉(cāng)庫(kù)室溫在18～21℃以上、濕度在60％以上時(shí)，即適于蟲(chóng)卵孵化繁殖；當(dāng)室溫在10℃以下時(shí)，害蟲(chóng)活動(dòng)能力會(huì)減弱。倉(cāng)庫(kù)中主要有甲蟲(chóng)、螨類、蛾類等害蟲(chóng)，這些害蟲(chóng)不但損害大量糧食，而且會(huì)使糧食帶有不良?xì)馕?，減輕其重量，降低其品質(zhì)，也容易使糧堆發(fā)熱；當(dāng)微生物進(jìn)一步作用就會(huì)使糧食霉?fàn)€變質(zhì)。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其原理
在糧食儲(chǔ)藏期間，影響糧食發(fā)生不良變化的主要因素有溫度、濕度、CO2等。該系統(tǒng)通過(guò)高精度溫濕度、CO2傳感器得糧食的實(shí)時(shí)變化數(shù)據(jù)。這些因素在某種程度上也會(huì)造成糧食顏色、體積、紋理等的細(xì)微變化。這種變化利用肉眼很難分辨，通過(guò)一定算法對(duì)圖像進(jìn)行特征提取，得到具有不同特征的多傳感器信息。對(duì)這些具有不同特征的信息進(jìn)行分析，可以預(yù)測(cè)到糧食發(fā)生霉變或蟲(chóng)害的時(shí)間。系統(tǒng)采用CAN 總線控制方式，由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、CAN／USB轉(zhuǎn)換器和多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)的數(shù)量由倉(cāng)庫(kù)里的糧庫(kù)數(shù)量決定。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

CAN((Controller Area Network)總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)采用無(wú)損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁方式競(jìng)爭(zhēng)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，取而代之對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。CAN總線的通信距離可達(dá)10 km，波特率可根據(jù)通信距離選擇，最高可達(dá)1 Mb／s。CAN總線還支持多主站結(jié)構(gòu)，采用短數(shù)據(jù)幀、CRC校驗(yàn)、錯(cuò)誤鑒別、發(fā)送時(shí)監(jiān)聽(tīng)和自動(dòng)關(guān)閉技術(shù)，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠的傳輸。同時(shí)具有無(wú)損的沖突檢測(cè)鏈路協(xié)議、總線仲裁功能和故障節(jié)點(diǎn)自動(dòng)脫離技術(shù)，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。