烤烟密集烤房群无线集中监控系统的设计与应用
时间：2021-04-07 07:55:08 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要针对烟叶密集烘烤过程的特殊管理要求，设计烟叶烤房群烘烤过程无线监控管理系统。该系统利用无线控制拓扑通讯技术，实现密集烘烤过程数据现场采集、远程无线传输和对烤房群的实时管理和反馈控制。应用效果表明：该系统能使密集烤房群管理效率提高2倍多，同时能够落实最优的烘烤工艺，提高烟叶整体烘烤质量。
关键词烤烟；密集烤房群；无线集中控制系统；应用；设计
中图分类号TP393文献标识码A文章编号 1007-5739（2011）22-0011-02
DesignandApplicationofCentralControlSystemforTobaccoBulkCuringBarnBased
onWirelessInformationPlatform
WANG Xiao-jian 1ZHANG Min-jian 1WANG Hang 2 *HE Chuan-guo 1LI Mao-jun 1QIU Miao-wen 1GU Mao-bing 3
（1Shaoguan Tobacco Company of Guangdong Province，Shaoguan Guangdong 512400； 2 Nanxiong Science Research Institute of Guangdong Province Tobacco； 3 Tobacco Management Office of Guangdong Province Tobacco Monopoly Bureau（Corporation））
AbstractIn order to meet the central control and the special management need in the process of the bulk curing barn，a wireless monitoring & administraion system was designed and applicated for the cluster barn.Based on wireless information platform，the local data collection and long-distance wireless transmission were implemented，the real time management and feedback control of the barn was completed. It proved that the management efficiency was improved over 2-fold，Because it cold implement the optimal baking process，the quality was improveed of tobacco curing.
Key wordsflue-cured tobacco；the process of the bulk curing barn；wireless monitoring & administraion system；application；design
烟叶生产由传统农业向现代烟草农业转变，与之相应的烟叶密集烤房群建设也快速发展[1]。截至2010年，韶关烟区推广应用大中型密集烤房1 700多座，其中20座以上的烤房群占70%，每座烤房都配备有烤烟监控仪，但集群内的每个烤房在烘烤过程中仍是孤立的，每个烘烤人员最多管理6座烤房，烟叶烘烤以个人经验为主，势必造成烘烤结果的差异。现有的烤房群生产中主要体现在劳动地点的相对集中，但烘烤管理方式并没有取得应有的突破。目前，中央集群控制技术已在其他领域推广应用[2]，但在烤房群采用中央集群控制技术监控烤房内部的温湿度状态，对不同烤房烘烤过程数据的集中采集、反馈控制和在线调节研究仍处于理论研究阶段[3-4]，应用于生产的鲜有报道。因此，为实现密集烘烤的减工降本和管理方式创新，设计开发烟叶烤房烘烤过程数据采集和管理系统，将其应用于密集烤房群。该系统主要运用无线监控中央集群控制技术，针对烟叶烤房烘烤过程管理和控制的特点进行设计。
1密集烤房群无线控制系统的设计
1.1密集烤房群无线控制的技术目标
能够实现对多座烤房的联网控制，控制进风口、变频器、助燃风机，并具备对烤房内至少2个不同位置的数据采集能力，原有的烤烟控制仪作为执行器；能够实时跟踪烘烤过程曲线变化并对工艺数据进行采集和拟合分析；能够对烘烤操作策略或历史实际运行曲线进行存储，在被验证为科学曲线时可以被调用作为下一烤次的烘烤指导曲线；能够根据分析结果对烘烤参数进行反馈调节并跟踪执行情况，在调节范围超出执行能力时进行语音报警提醒[4]。
1.2系统硬件结构
烤房群无线网络由以下部分组成：接口模块、无线通讯模块、控制仪组成无线检测控制节点、协调器和中心计算机组成中心管理设备，这些部件通过无线传输组成无线网络（图1）。
1.2.1无线监测控制节点。该设计的无线通讯网络基于TI公司的射频SOCCC2430平台，采用拓扑结构（图2）ZigBee技术组建。
烤房群无线控制网络的功能：一是具有自愈功能，增加或者删除1个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等，网络都能自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预；二是具有自组织功能，无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络，保证整个系统仍能正常工作[4]。
无线控制节点控制若干个控制仪，实现当地数据主要是烤房内不同区域干湿温度采集，执行机构驱动电路包括排湿口、进风口、风机转速以及助燃端口4个控制点。每个烤房配备一个无线监测控制节点，负责当地数据采集和执行机构驱动，并与协调器进行无线数据通讯。控制数据由中心计算机根据节点提供的温度数据经控制算法得出，并通过无线网络送达无线监测控制节点。
1.2.2中心管理设备。由协调器和中心计算机组成。协调器负责无线网络的建立和管理，作为ZigBee网络的汇聚节点，所有分布节点都与协调器建立连接，进行数据交换；中心计算机与协调器通过针式端口连接，协调器将搜集到的节点数据上传给中心计算机，并将中心计算机提供的管理、控制数据发送到各个节点。中心计算机利用其强大的处理能力完成控制数据的运算，负责管理系统的人机界面、数据管理，减少监控节点的运算负担，降低功耗，可以由普通PC机组成[4]。
1.3系统软件设计
系统软件由网络程序和中心计算机程序组成。
1.3.1网络程序。其运行于单片机内核，采用C语言开发，主要包括ZigBee网络接口、中心计算机接口、系统监控、执行机构驱动、传感器管理等部分。各组件的功能分别为：ZigBee网络接口主要完成与无线网络的数据交换；协调器与中心计算机的数据通讯采用自定义的二进制数据包格式，包括交换节点的传感器数据和控制数据；系统监控程序主要负责系统电源电压监测、系统初始化、休眠设置；执行机构驱动程序从无线网络接口获取控制数据后，经光耦隔离、DAC转换为对执行机构的控制信号，分别控制排湿口、进风口、风机转速以及助燃端口[4]；传感器管理程序包括总线上传感器的发现、初始化，传感器参数设置，温度转换过程管理，数据读取等，能够实现任意数量参数的自动识别、更换和报警等功能。
1.3.2中心计算机程序。其是在VC++可视化设计环境下开发完成，主要由数据收发、人机界面（包括数据显示、系统管理界面等）、控制算法实现、后台数据库管理数据与协调器进行数据交换，并将接收到的数据提供给人机界面和后台数据库。各程序的功能：人机界面能够实现特定节点特定传感器、多节点多传感器数据的文本和曲线数据显示，提供声音、图形报警，节点和传感器参数设置；控制算法程序根据预先设定的烘烤过程曲线和实时采集的各传感器数据，运用控制算法（如PID算法）计算出控制数据，通过数据收发接口经协调器发送至各个监控节点，力争使采集到的数据曲线跟踪工艺曲线，实现最优化烘烤[4]；后台数据库使用ODBC接口链接Access数据库，将传感器数据存入数据表中，当用户需要时可以调取各个传感器的实测数据、归属节点、采集时间、执行机构状态等，进行查阅和在线修改。
2结果与分析
2.1烤房群温湿度监控的检测
设备安装运行后，中央控制设备成功实现与各端口的信息接收与反馈，控制烤房群全部烘烤烤房的排湿口、进风口、风机转速以及助燃端口的运行（图3）。
2.2无线中央监控系统对管理效益的影响
对始兴县马市镇同等规模烤房群的管理效率进行统计（表1）。可以看出，安装监控系统后，各烤房的运行情况通过中心计算机可以实时在线监控，节省大量的巡查人工，烤房群的管理效率提高2倍多，人工费用也大幅下降。
2.3无线中央监控系统对烤后烟叶质量的影响
把其种植大户同时采收的烟叶分装于2个烤房群内，并对初烤烟叶进行对比评价（表2）。可以看出，安装监控系统后能及时监控烤房内部的温湿度，提高烘烤技术员操作的准确性，有助于落实最优的烘烤工艺，提高烟叶整体烘烤质量。其中烟叶的成熟度提高6.5个百分点，桔黄烟叶比例提高14个百分点，上中等烟比例提高2.2个百分点，均价也增加0.4元/kg。
3小结
烤烟密集烤房群无线集中监控系统能够对烘烤过程进行无线数据采集和反馈控制，较适宜于5～50座烤房的集群管理控制，运用控制算法对烘烤过程进行量化和统计分析，结合烘烤质量反馈以及融合烘烤经验优化烘烤过程控制，实现最优化烘烤，达到设计目标。应用结果表明：无线中央监控系统应用于密集烤房群，后管理效率提高2倍多，实现密集烤房群管理方式的创新，有助于落实最优的烘烤工艺，提高烟叶整体烘烤质量。
4参考文献
[1] 杨旭亮，李焕，孟庆宏，等.对现代农业经济形势下烟叶生产可持续发展的探讨[J].中国烟草科学，2004，25（3）：8-10.
[2] 张秀清，李淼，张建．农业智能系统网络推理控制策略的研究与实现[J]．计算机工程与应用，2006，42（35）：216-218.
[3] 高明远，杜诗超.基于RS—485总线的烟叶烤房温度控制器[J].仪表技术与传感器，2007（8）：29-30，32.
[4] 罗国新，杨跃进，王胜雷，等.烟叶烤房群无线监控管理系统的设计与开发[J].农机化研究，2009（9）：129-132.
