基于云控制的粮库测控系统上位机设计

王运生 黄澈 吴瀛 王愿 陈蕴

摘要：针对当前粮食受到环境影响而发生霉变，变质的问题，以及现有粮库测控系统控制节点少、功能单一、不能进行远程控制等问题。系统采用Delphi开发语言，以ARM处理器为主控制器，利用多个霍尼韦尔传感器采集数据，结合超远距离无线传输技术和云技术，实现粮情监测、通风控制、大范围储粮管理等功能，从而提高粮库管理的信息化、智能化。

关键词：粮情检测；Delphi；霍尼韦尔；云技术

一 前言

近年来，国家粮食局和全国各地区单位积极探索以数字粮库为主要内容的粮食行业信息化建设，全国粮食行业提高了政府宏观调控能力和安全保障水平，为全面推进粮食行业信息化发展奠定了基础。但是，大部分粮仓库仍为人工监控管理，如降仓温通风是仓房日常管理中，尤其是低温储粮管理中的一项操作较为频繁、辛苦的工作，为此需要大量的人力物力进行维持，并且依靠人工监测也会出现监测结果不准的结果1。

本系统充分利用ARM处理器的I/O口，部署到单个仓房内的单分机最大可实现64路输入和64路控制输出，可以有效管理每个仓房内的所有设备；系统信号传输采用SX1278超远距离无线串口模块，可实现10KM无障碍信号传输，能满足当前国内规模粮库的通信需要。

二 总体结构

（一）总体设计方案

根据每个仓房存储物的不同以及不同的存储温度要求，运用“分布控制、集中管理”的原理，系统由客户端，云控制系统，通信系统，终端设备四部分组成。下位机完成温湿度数据的采集并通过网络模块将数据发送到服务器端；云主机需要进行初始化并处理大量从分布式传感器采集到的信息并做出有效决策；客户端负责实时监测和控制，以保持上位机与下位机的通信。总体结构方框图如图1所示：

基于B/S架构的传统网络控制系统可能会出现丢失或者延迟等不可获知的变化干扰，在实时控制方面有时候难以达到用户的需求。基于云控制的粮库测控系统是在原有网络控制系统的基础上结合云计算技术的优势以及深度学习等智能算法的智能控制系统。云端后台是网页版登陆，你可以在任何地点，使用任何一个智能联网设备，都可以连入云服务器。将整个系统的控制功能迁移到云上，在控制器和用户端之间采用网关服务器，而网关作为云服务器的客户端，需要创建Socket客户端设计，，用来连接服务器。连接后创建读写线程以实现云服务器的收发数据2。

（二）系统硬件架构

硬件系统主要由主控服务器，通风控制板以及温湿度传感器等，通过通讯电缆把他们连在一起形成测控网络。整体框架图如图2所示。

（三）数据库设计

在本系统中采用了SQL Server数据库，我们需要在系统启动和关闭时，对数据进行初始化和保存，以便数据库存储当前及历史温度数据。通过Delphi中TADOConnection1控件，然后设置它的连接字符串ConnectionString，在Source Of Connection对话框下选择Use ConnectionString设置为：

Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0；DataSource=ALLDATA.mdb；Persist Security Info=False。然后再窗体上放置ADOQuery控件，并设置它的Connection属性指向TADOConnection1，这时就可以用ADOQuery1通过SQL语句对数据库进行操作了。

数据库部分主要按照测温数据管理部分，报警管理部分，通风设置部分等设计数据表。

此表是用来记录粮库的温湿度及有关操作信息。我們将字段名设置为中文名的首字母，此表显示各个列名的属性，粮库编号数据类型设置为varchar型；操作时间以及检测时间的数据类型设置为DataTime型；温湿度数据类型设为Numeric型；分机号和通道号设为int型。根据粮库的现有情况其字段长度都要扩大一点，以备以后进行扩展。

此表是用来记录风机的状态和相关信息。设备名称和设备类型设置为varchar型；设备功率设置为int型；路径设置为int型；可根据粮仓的大小进行扩展。

其中字符型使用varchar型，varchar型存储非统一编码型字符数据，数据类型为变长，要指定该列的最大长度，存储的长度不是列长，而是数据的长度。粮仓管理软件完成对数据库的更新，由于粮仓温湿度变化幅度不是太大，并且有利于数据库的管理维护，所以将温湿度巡检时间设置为半小时，并上传至数据库。

三 软件设计

（一）云联网软件

云主机可以看做是连入云端的管理软件平台。云主机包含了计算，存储，网络三大核心因素，云主机作为整个系统的一环，起着重要桥梁的作用，同时在上位机与下位机之间起到协议转换的作用。云具有虚拟化，通用性，高可靠性，可拓展性等特点。

系统在云计算技术和HTML平台的基础上构建云端模块，云端模块集成了网络接入单元实现无线的云端接入。系统与云技术的结合消除了只能在本地PC端进行控制的弊端，实现了跨地区远程操作，减少维护成本；也能支持多个软件应用同时运行，并在云端建立一个数据处理平台，实现粮情数据的共享，方便拓展维护。

（二）主要功能

粮仓云平台旨在通过物联网，互联网，大数据，自动化控制，信息采集等，打造区域性，开放性，一体性综合服务平台。

系统采用Delphi10.1进行设计成集成控制与管理功能的软件平台，可以通过上位机软件实时查看现场情况。而上位机按其功能划分为粮库管理软件平台，粮情监测系统，通风控制系统，熏蒸控制系统；可实现自动报警、自动降温除湿、自动熏蒸、出入库管理系统等控制功能：

2.2.1 粮库管理软件平台：采用SQL SERVER数据库的实时粮情测控软件，实现的功能有：

①接收并利用云主机实现粮库数据的云端存储粮情监测子系统的数据；一方面保证了数据存储的可靠性，同时可以随时为移动终端提供粮情信息3。

②对温湿度异常情况进行定位并提示报警信息；根据报警信息并结合设定的参数，自动启动相应的通风控制子系统设备，进行降温除湿；

③建立粮情信息专家分析系统。对采集和存储的粮情信息进行分析，预测出粮情信息的发展趋势，及时为粮食的变质提前采取相应的措施。

2.2.2 粮情监测系统：采用DS18B20温度传感器和霍尼韦尔（AM2301）湿度传感器，实时监测粮库存粮的温湿度变化4。

2.2.3 通风控制系统：粮库管理软件平台在发现温湿度异常情况后，根据设定的温度控制参数及相应设备的通信参数，生产通风控制指令后，通过无线方式发送到发生异常情况仓房的分机上，分机得到指令后开启相应的设备进行通风，并将实时动作状态反馈到粮库管理软件平台。当经过一段时间通风，温湿度恢复正常后，由粮库管理软件平台发出相应指令，关闭通风设备。

2.2.4 环流熏蒸控制系统：粮库管理软件平台根据设定发送控制指令后，控制板上通过继电输出开关量控制风机的交流接触器，实现环流熏蒸，并将实时动作状态传送到粮库管理软件平台进行。

2.2.5 出入库管理系统：针对粮食出人库作业效率不高，严重缺乏监管的现状，综合使用RFID、传感器、智能图像识别通过车辆称重，自动采集出入库粮食重量，上传粮库管理软件平台处理，保证粮库出人库数量信息的准确性。

（三）软件操作页面

在粮情测控系统中，为了防止非法用户进入，通过用户名和密码进行验证（如图5），以此明确使用者的身份和权限，让接入互联网的设备在经过授权后都可以进行访问操作。软件运行后，整个页面将会直观的显示出来，检测完成后可以选择不同的仓库，不同的仓储类型，即弹出显示窗口。如图6，图7所示。图6可以查看当前仓库的详细信息，也可以选择不同的仓库进行查看。图7显示当前仓的设备不同层和不同列的信息。

在登录页面使用的异或函数对字符进行加密。部分代码如下图5所示：

四 通信协议

所有控制程序都部署在主控服务器上，主控服务器与通风控制板的通讯构成主从式网络，由于在线进行数据传输时，可能会受到干扰导致数据失真，系统需要自定义通讯协议，从而保证系统传输稳定性和有效性。

串口端口号：波特率为：9600；通信方式：一问一答；通信间隔：> 4.5-6秒；主叫码以轮询的方式进行呼叫，如测量1号通道的1号分机的温度，则发一次码；测1号通道的2号分机的温度，再发一次码；两次发送主叫码之间要间隔5秒钟，主要用于分机进行温度测量，并把数据发回给主机。

在通信协议设计时必须在有效数据前添加协议头，并且在有效数据的最后设置CRC8校验码，通过这种方式来保证传输数据的有效性。

1：同步头

当无数据传输时标记该状态为逻辑 1。发送端发送信息时，必须要先发送一个低电平信号，即逻辑 0 信号，也就是起始位。而当起始位传送到接受端时，接受设备识别逻辑低电平后将开始准备接受数据位信号。通信双方在进行数据通信之前必须要设置同步头，数据的发送都是以同步头0x2B开始的，以最后的CRC校验字节结束。

2：功能码

功能码的作用就是判断所传数据的类型，分机温度主叫码和应答码的功能码为0x13；分机湿度主叫码和应答码的功能码为0x14；设备通风控制的功能码设置为0x15。

3：路由点数和路由指针

路由点数和路由指针数据长度设置为4位。路由点数表示中间有多少个路由点；路由指针表示当前数据是从几号路径点发来。

4：路径0xxx

其中路径0代表主机地址（目标地址），其他路径数据长度设置为255，以备以后扩展备用。

5：分机和通道

分机数据长度设置为255，通道数据长度设置为20；在应答码中，数据块前两个两位十六进制数为温度值（温度值直接转换成整数即可），之后每4位为一个点的温度数据，前两位为高八位，后两位为低八位，相加后乘以0.0625即为温度值。在设备控制中，每位16进制数控制8个继电器（1：高0：低），每两位控制一个设备，高位为方向（1是向外，0是向内）；低位为开关（1是开，0是关）。

6：校验码

校验码是在有效数据发送之后进行的。为了判断接收的数据是否正确，避免一些干扰以及在接收端的对读取的数据进行判断是否接受的是真实的数据，这时我们就要加上校验数据（即CRC8校验码）。

以温度数据为例，请求数据包和应答数据包如下图：

五 结语

该系统完成了对粮情监测的上位机页面设计，能够实时的监测粮库的温湿度情况，并且测量精度高，针对有线方式布线工程量大，并且对粮库智能化程度不高的弊端在设计方案上有很大的改进。同时在“互联网+”的环境下，云技术可以使粮库各级人员通过授权对分布在不同位置的粮库数据进行处理，实现了数据的共享，云技术的应用更是全面建设数字化粮库的必然要求，使得系统能够大幅提升粮食仓储管理的信息化水平和管理反应能力，实现粮食存储的自动化和智能化，逐步达到管理现代化。

参考文献：

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[10] 蒋军胜.基于Intemet的粮情测控系统的设计与实现【D】.西安：西安工业大学，2013.

作者简介：

王运生（1993-），安徽淮北人，硕士研究生，主要研究方向：建筑物联网。

黄澈（1992-），安徽安庆人，硕士研究生，主要研究方向：建筑信息获取机器人研究

陈蕴（1958-），安徽阜阳人，教授，主要研究方向：智能楼宇与物联网技术，嵌入式系统。