基于模糊控制算法的粮食仓库温度实时监测系统

周慧星，王连生

（1.许昌职业技术学院，河南 许昌 461000；2.鞍山千山粮食储备库有限责任公司，辽宁 鞍山 114000）

粮食一直都是影响国家发展的重要因素之一，也是较为特殊的战略物资，其在推动国民经济进步的同时，还影响到国计民生等问题。粮食储备一直以来都是十分重要的工作，部分地区为了提升粮食储备的整体质量和效率，会设定相应规模的粮食仓库，以此来确保所储备粮食的安全性与可使用性[1]。在实际工作中，对于粮食仓库的环境与温度，均需严格控制，营造适合存储的外部环境[2]。

但是当前阶段，不少粮食仓库采用人工调温，这种方式虽然可以完成预期的目标任务，但是在实际应用的过程中，时常会出现或多或少的偏差，对于粮食的存储造成严重的影响[3]。所以，根据上述背景环境，可以在粮食仓库中构建相应的温度实时监控系统，结合信息化、智能化技术，构建更加稳定的监控结构。考虑到系统的可变性与无线实时性，需要在系统内部设计模糊控制矩阵，以此来进一步优化完善系统的监控效果，建立更加完整的粮食储备设施以及粮情监控系统，推动我国粮食储备逐渐向着智能化、自动化的管理方向发展。加强对内部温度的控制与调节，优化信息采集体系的同时，要营造更好的粮食储备环境，以此来提升粮食仓库的远程监测与预警的效果[4]。

1 粮食仓库温度实时监测系统硬件设计

1.1 多节点传感电路设计

在对粮食仓库温度实时监测系统硬件进行设计之前，需要先进行多节点传感电路的设计。对于粮食仓库的硬件体系来说，温度节点控制装置与电路构建也是十分重要的，为了加强对温度的控制与调节，可以设计具有针对性的多节点传感电路[5]。先采用DS1820数字温度传感器，将其安装在总控电路之中，结合温度的变化情况以及实际的控制需求，直接把测定温度转化为串行数字信号，在这个过程中，先获取相应的温度变化数据，传输导入处理器之中，采用特定的编程方式，构建6位的温度读数[6]。

安装一个地址线在温度传感器中，与侧方电路中的单片机成并联状态。此时，温度传感器，单片机以及控制设备均处于同一个控制区域，在总控开关上安装温度报警触发器，一旦设备感应到温度的变化，便可以发出警示，提醒管理人员作出及时的应对[7]。在上述的背景之下，利用双层引线构建一个临时的逻辑控制电路，这部分主要是对粮食仓库的外部环境进行控制与调节。可以通过更改温度传感器的执行RAM内存指令来变更相应的执行目标，对此时粮食仓库的内部温度作出实时识别，形成传感节点，并进行节点的定位，完成对多节点传感电路的设计[8]。

1.2 GSM双控单片机设计

在完成对多节点传感电路的设计之后，需要设计2GSM双控单片机，并将其与硬件环境相融合。其实，单片机是温度监控系统中较为重要的一种硬件，本文选择STC89C52作为系统的主控芯片。将STC89C52芯片安装在温度传感器的后方电路，在主控开关与逻辑电路附近设定一个带有RS232串行接口的单片装置，用以核定执行信号的稳定性，更改单片装置的双向频率范围为800 ~ 1 600 MHz，此时的单片装置处于二级控制状态，仅可以对系统的基础设备进行控制，考虑到高层设备的应用，还需要在电路之中增加TC35双控模块，形成GSM双控单片机结构，具体如图1所示。

图1 GSM双控单片机结构图

根据图1，可以完成对GSM双控单片机内部结构的构建。在预设的监测范围之内，构建GSM双控串口助手，以串口助手来实现硬件的辅助操控，加强对粮食仓库温度的控制，并形成更加稳定的监测环境，在串口输入指令协议，并与单片机关联，完成对GSM双控单片机的最终设计。

2 粮食仓库温度实时监测系统软件设计

2.1 动态模糊控制温度检测协议设计

在完成系统的硬件设计之后，需要在模糊控制算法之下，构建动态模糊控制温度检测协议。可以在系统的整体AODV发送监测相邻链路节点，形成具有针对性的监测结构，具体如图2所示。

图2 AODV发送监测相邻链路节点监测结构图

根据图2，可以完成对AODV发送监测相邻链路节点监测结构的设计。结合系统的数据定位与覆盖功能，收集获取相应的路由温度检测范围，在合理的结构之中，计算出路由系数与失效路由系数之比，具体如式（1）所示。

式中：R为路由系数与失效路由系数之比；ι为动态监测距离值，m；α为周期性，s；为允许出现的误报范围，m2；κ为链路节点数量，个。

通过式（1）可计算得出实际的路由系数与失效路由系数之比。根据得出的比例，设定具体的路由覆盖范围，基于动态模糊控制技术的作用，在粮食仓库温度实时监测系统中，设定均衡动态处理结构，同时编制相对应的目标指令，将指令设定在系统的温度监测控制区域之中，营造动态处理的环境，为后续的设计构建条件。

2.2 实时AdHoc模糊内控温度监测模块设计

在完成对动态模糊控制温度检测协议的设计之后，需要进行实时AdHoc模糊内控温度监测模块的构建。AdHoc模糊内控网络实际上是一种具有分辨性的多核心、多目标无线网络，对比于传统的应用网络，AdHoc模糊网络更加灵活、多变，在实际的应用过程中具有转发报文的功能。

本系统会在终端无线的覆盖范围之内，在有限温度监测节点之间创建分层内控协调模块，每一个模块均是独立运行的，且具有较强的全面性以及系统性，在整个网络中，节点与系统之间存在关联关系，一旦节点出现异常或者故障，系统便会实时感知，形成监测信号，传送至预设的位置，形成中心控制结点，分布在对特定的区域之中，给予相关管理人员警示，实现更加高效的实时AdHoc模糊内控温度监测模块的构建。

3 系统测试

本次主要是对模糊控制算法下粮食仓库温度实时监测系统的应用效果进行验证与分析。本次测试选取R粮食仓库作为目标测试对象，考虑到最终测试结果的稳定性与可靠性，设定测试的范围为固定区域，同时，测试系统所用的网络为GSM网络，测试环境相对稳定。

3.1 测试准备

在对模糊控制算法下粮食仓库温度实时监测系统进行测试之前，需要先搭建相应的测试环境。R粮食仓库位于四川省，粮食仓库中包含4个小型的粮仓，且每一个粮仓在粮库内均呈直线形等间距分布。R粮食仓库中的4个仓库由同一个温控监测系统管控，对于温度的调节以及监测工作也是由一个完整的系统实现控制。在每一个粮仓的中间位置安置一个小型的温度控制器，将其与总控系统相关联，设定监测节点，这部分需要先计算温度监控节点的内部距离，具体如式（2）所示。

式中：H为温度监控节点的内部距离，m；φ为变化比值；F为粮仓实际的监控范围，m3。

通过式（2），最终可以得出实际的温度监控节点的内部距离。根据得出的数值，在每一个粮食仓库中，根据温度的监测覆盖范围，设定对应数量的温度监测节点。

考虑到监测效果的精准性与可靠性，可以在每一个粮食仓库中设定一个核心节点，将4个粮仓的核心检测点关联在一起，与总控系统形成关联网，将核心节点编号为节点1 ~ 4，随后，为了增加系统对于粮食仓库内部数据的获取与收集，还需要在粮库系统内部设定一个网关节点，同时设定相应的数据控制与监测信道，信道的传输率为67.5%。

在合理的监测范围之内，调节监测信道的通信频率为1 410 MHz，设定每一个节点的信号发射功率为1.87 W。粮仓温度预设为标准数值，在系统内部建立数据调节包500个。设定信号以及数据包的发射速度为0.5 s-1。与此同时，还需要在粮食仓库外部的小型监控设备以及监测节点处安装温度传感器，与监测系统相关联，完成对测试系统环境的搭建。核查测试的设备与装置是否处于稳定的运行状态，确保不存在影响最终测试结果的外部因素，核查无误后，开始具体的系统测试。

3.2 测试过程及结果分析

在上述所搭建的测试环境之下，进行更为具体的系统测试。可以先预设几个温度层级的测试点，分别设定为-10、0、10、16、20、25 ℃，在不同的测试环境之下，测定系统的警示反应情况。可以结合模糊控制算法，先计算出具体的监测交互系数，具体如式（3）所示。

式中：M为监测交互系数；δ为实际的监测范围，m；为监控可调节范围，m3；α为监测节点变化距离，m。

通过式（3），最终可以得出实际的监测交互系数。将其设定在系统的交互控制区域之中，再利用温度监控系统与温度传感器，来获取相应的测试数据线信息，将数据导入控制设备之中，形成相对应的处理协议。但是需要注意的是，对于本文所测定的小型粮食仓库，可以通过设定控制执行指令的方式来完成温度监测，进一步确保最终监测结果的可靠性，也可以提升系统的整体应用能力，降低温度监测失误性。在上述的背景环境之下，依据设定的顺序，进行温度的调节与变化，同时测定6组目标，最终计算出温度监测系统的实际丢包率，具体如式（4）所示。

式中：Y为温度监测系统实际丢包率，%；μ为粮食仓库温度变化比；d为模糊接收率。

通过式（4），最终可以得出温度监测系统实际丢包率，根据得出的数据信息，进行具体的分析与验证，如表1所示。

表1 系统测试结构分析

由表1可知：在试验设定的6个温度下，所设计的系统具有更强的灵活性与稳定性，而且温度监测丢包率随温度升高呈下降趋势，表明系统对于温度的控制逐渐趋于稳定，同时监测的范围也在不断扩大延伸，效果更佳，具有实际的应用价值。

4 结 语

与传统的温度监控系统相比，本文所设计的系统更加灵活多变，具有较强的可操控性，在稳定的网络环境之下，与GSM网络关联后，形成可控终端，同时营造贴合实际的监控环境，通过温度调节指令的编制与处理，形成对粮食仓库的控制区域，打破传统监测限制的同时，增强了稳定性。与此同时，还可以预设相应的警示功能，加强对粮食仓库的内部环境的监控，一旦温度发生较大的变化，系统会即刻感知到异常，作出警示，进而确保最终的监测结果，最大程度提升系统的稳定性。