糧倉內(nèi)部溫濕度檢測裝置設(shè)計①

陳思羽,朱紅媛,王 子,徐愛迪,李捷涵

(佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

糧食是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，糧食安全問題一直是社會所關(guān)注的焦點問題。據(jù)不完全資料顯示，除國家收購的儲備糧食以外，我國有60%～70%的糧食儲存在農(nóng)戶家中，而因農(nóng)戶儲藏方法不當(dāng)導(dǎo)致糧食損失約占存糧總量的8%～10%[1]。為了應(yīng)對人口數(shù)量的不斷增長而所帶來的糧食需求壓力，對于糧食儲存條件的改善顯得尤為重要。

在儲糧過程中，溫度、濕度兩個重要的參數(shù)對于糧情的監(jiān)控十分重要[2-4]。目前，在糧庫或者普通農(nóng)戶都是取樣后用水分儀進(jìn)行水分檢測，或者在糧倉內(nèi)部預(yù)先放置溫濕度傳感器進(jìn)行在線監(jiān)測糧倉內(nèi)部溫度和濕度，而溫濕度傳感器在糧倉內(nèi)部的位置是固定不動的，在大糧倉的局部或者農(nóng)戶的小糧倉的在線監(jiān)測過程中，使用效果并不理想[5]。

為了解決上述問題，設(shè)計一套糧倉溫濕度檢測裝置，針對糧倉的溫度、濕度進(jìn)行在線檢測，即插即用，攜帶方便，保障儲糧安全。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前，大部分糧倉都采用預(yù)先在糧倉內(nèi)部安裝溫度傳感器，然后在裝入糧食。傳感器長期存放在糧倉中，如果某個傳感器失靈也無法隨時取出，導(dǎo)致不能局部準(zhǔn)確測量糧倉中的溫濕度。

設(shè)計整體采用圓柱型的結(jié)構(gòu)，上下兩端均設(shè)計成圓錐形便于整體設(shè)備的取出與插入。其整體如圖1所示。

1 頂部倉室 2.第一段倉室 3.第二段倉室 4.第三段倉室 5.底部倉室

為了更好檢測糧倉內(nèi)部糧食水分的均勻程度，裝置中共設(shè)有三段檢測倉，每段內(nèi)設(shè)有通氣孔，孔內(nèi)裝有溫濕度傳感器，不同深度的糧食通過溫濕度一體檢測系統(tǒng)完成對糧倉內(nèi)部的溫度、濕度檢測。

圖2所示為頂部倉室內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該裝備是整體結(jié)構(gòu)的動力傳輸部分，由減速電機(jī)帶動齒輪進(jìn)行傳動，再帶動主軸轉(zhuǎn)動從而使圖中絞龍旋轉(zhuǎn)，以此來控制檢測倉內(nèi)糧食的進(jìn)與出。

圖2 頂部倉室

圖3所示為第一段倉室，具體工作流程為：整體結(jié)構(gòu)插入糧倉之后，由主軸旋轉(zhuǎn)帶動外側(cè)倉門打開，開始進(jìn)糧的同時封閉下側(cè)出糧倉門，當(dāng)出糧倉門關(guān)閉之后等待倉室內(nèi)裝滿糧食開始檢測，檢測經(jīng)過一定時間顯示界面數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后開始記錄，檢測完成后，取出檢測裝置，倉內(nèi)糧食可由主軸反向旋轉(zhuǎn)排除，其余兩段檢測倉的結(jié)構(gòu)和工作流程同上，由此省略。

圖3 第一段倉室

圖4所示為第三段倉室及底部倉室，底部倉室與第三段檢測倉室相連接，下半部的倉門可用于排糧。絞龍的設(shè)置方便了檢測裝置的插入，減少糧食破損。

圖4 第三段倉室及底部倉室

2 觸摸屏及PLC程序編寫

本裝置采用PLC及觸摸屏對檢測裝置內(nèi)的溫度、濕度、水分進(jìn)行觀測及控制，從而達(dá)到在線檢測。

圖5所示為本系統(tǒng)觸摸屏的運(yùn)行界面，左側(cè)界面是檢測裝置中的檢測倉門和底部鉆頭兩部分結(jié)構(gòu)，分別用兩個電機(jī)分別控制，倉門可以控制其主軸正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且設(shè)定每次轉(zhuǎn)動時間為5秒種，完成進(jìn)糧和出糧的動作。底部電機(jī)則直接控制其轉(zhuǎn)動和停止。右側(cè)的總開關(guān)控制整個裝置的運(yùn)行和停止，右下角的檢測界面按鈕可以直接跳轉(zhuǎn)檢測界面。

圖5 運(yùn)行界面

圖6所示觸摸屏的檢測界面，分別用來顯示上段監(jiān)測倉、中段監(jiān)測倉和下段監(jiān)測倉的溫度和濕度，利用三段檢測的平均溫濕度值利用平衡水分公式[6]直接計算出倉內(nèi)檢測位置糧食的含水率，并在界面顯示。

圖6 檢測界面

圖7是PLC程序中的電機(jī)控制部分，X000是控制總開關(guān)，X002，X003是控制主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，X0004控制底部電機(jī)的運(yùn)行。

圖7 電機(jī)控制

圖8是PLC程序中傳感器模塊的讀取程序，通過PLC的讀取在轉(zhuǎn)入觸摸屏進(jìn)行輸出顯示。

4 結(jié) 語

裝置在倉內(nèi)糧食檢測過程中，可隨時插入和取出，解決了傳感器長期掩埋會導(dǎo)致失靈的弊端，以及傳感器位置固定不能對局部進(jìn)行檢測的問題，實現(xiàn)了即插即用。本文所設(shè)計的系統(tǒng)具有成本低廉、性能穩(wěn)定等特點，能夠滿足中小型糧倉現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測的要求，為未來的糧倉監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計提供了一種可行的方案。