手机APP 控制的粮食烘干机系统及测试

江苏省农业机械试验鉴定站 卞兆娟 杨浩勇 夏利利

江苏省农机化服务站 孙雪萍

粮食收获后含水率较高，部分达35%以上，自然晾晒需要时间长，且晾晒过程中容易发霉变质。粮食烘干机的使用，大大加快了粮食的烘干过程，特别是在粮食丰收的时节，烘干机需要24 小时不间断工作。随着智能化的逐渐普及，粮食烘干机的控制系统也进入了智能化时代，因此，本文提出了一种可以移动、远程控制的粮食烘干机监控系统方案，通过手机APP 软件可实现远程操控烘干机的进粮、干燥、循环、排粮等功能，并实时监控烘干数据，降低人工操作控制出错的概率，提高了粮食烘干机的自动化程度。

一、粮食烘干机系统的总体设计

1.技术要求。根据粮食烘干机的工作机理及参数特点，梳理出系统的功能需求为：

1）工况设定功能。灵活设置烘干机的工况参数，主要是对粮食含水率的设定；

2）采集与存储功能。对粮食温度、热风温度、环境温湿度、粮食水分等重要参数可实现采集、存储与监测；

3）自动报警功能。在运行过程中，出现故障或异常时，能够实现自动报警与保护，解放部分劳动力；

4）实现手机APP 端与粮食烘干机控制系统之间的通讯。

2.总体结构。系统以STM32F103ZET6 为核心控制器，外围电路模块包括：

（1）蓝牙通讯电路。该模块负责手机APP 与控制器之间的通讯。

（2）温湿度检测电路。负责采集烘干过程中各温湿度、水分。

（3）继电器驱动电路。负责驱动烘干机中各个电机的启停。

（4）EEPROM 故障存储电路。当运行出现故障时，能够进行记录。

二、粮食烘干机系统的硬件设计

1.系统整体结构设计。粮食烘干机系统主要包括控制器、蓝牙模块、电磁继电器、数据采集电路、报警器。目前市面上的单片机有很多，比如最常见的51 单片机、MSP40 单片机、STM32 单片机等。本系统以STM32 单片机为核心，该芯片采用标准ARM 架构，外设丰富，具有低功耗、低成本、高性能的优点。系统硬件结构图如图1 所示。

图1 硬件结构图

2. 温湿度检测电路。采用输出信号为4-20mA的温湿度传感器，设计温湿度电流信号的调理电路，如图2 所示。选用型号LM158 系统运放，具有兼容性强，低功耗的优点。负载电阻选取为150Ω，信号经过RC 低通滤波后送入至STM32 的ADC 通道，可使输出电压在3V 以内。

图2 温湿度调理电路

3.驱动电路。PS9505 是一款具有高的共模瞬态免疫、高输出电流和快速转换时间的光耦芯片，其内部在输入端安装1 个GaAlAs LED，在输出端安装1 个集成了光电二极管的接收器，从而实现输入侧和输出侧的信号隔离。继电器驱动电路如图3所示，MOS 管的型号为IRFR024NTRPBF。当光耦芯片输出为高电平时，24V 直流电能够通过稳压二极管Z1 和限流电阻R79 构成回路。限流电阻R79选择665Ω 可以保证稳压二极管稳压时处于额定电流工作状态同时不会烧毁电路。

图3 继电器驱动电路

4.通讯电路。HC-05 是一款高性能的主从一体蓝牙串口芯片，可以同各种带蓝牙功能的手机、蓝牙主机、电脑、PDA 和PSP 等智能终端配对，该模块支持非常宽的波特率范围，可以兼容5V 或3.3V 单片机系统，使用非常灵活、方便，其通讯电路如图4 所示。

图4 蓝牙通讯电路

三、软件设计

1.系统信息架构设计。信息架构（Information Architecture，简称 IA）的概念源自数据库设计领域，由美国建筑师沃尔曼理查德·所罗·乌曼首次提出，是组织信息和设计信息环境、信息空间和信息体系结构的一门科学和艺术，其核心思想是让信息易于访问和理解。信息架构是APP 设计过程中的一个重要环节，它描述了APP 的整体规划和信息层次，决定了APP 的主要内容和形式。在APP 的信息架构设计中，根据设计要求，对APP 的功能进行设计，并将功能模块通过架构图的形式表现出来。

在本文所述的基于粮食烘干机控制系统的专用手机APP上，可以实时接收安装在粮食烘干机上的各类传感器数据并显示出来，也可通过上面的功能按键控制烘干机工作。因此，该手机APP 包括监测模块、控制模块和注册登录模块。其功能模块框架如图5 所示。

图5 手机APP 功能模块示意图

（1）注册模块。在用户注册时，将用户输入的信息（账号、手机号、密码、姓名等）保存到数据库中。具体实现时需要进行相应的验证，以确保用户账号不能相同，必填项的数据不能为空。若用户名相同时提示用户重新更换用户名，如有必填项的数据未填时也会有提示，保证用户填写将必要的信息填写完整。

（2）登陆模块。将用户在登陆界面输入的信息保存并在数据库中进行验证，若有此人，则登陆成功，显示主界面，否则登录失败。输入信息有错时，进行相应的提示。

（3）监测模块：粮食通过进粮过程进入烘干机后，整个烘干过程开始。烘干机机体内的热风温度传感器、环境温度传感器、水分仪和粮食温度传感器采集到模拟量信号并传输至单片机，单片机汇集后由wifi 模块传递至手机APP。保证客户端可以实时查看粮食的温度、烘干机进气口温度、出气口温度以及谷物水分。

（4）控制模块。在手机APP 的控制界面上，有启动、停止、送料、循环、干燥、排粮六个按键。按下某一按键，手机端便可向单片机发送相应指令，控制烘干机进行相应动作，保证用户可以根据实时需要便捷的控制烘干进程。

2.数据库的设计。本文所述手机APP 系统数据库的设计，采用Android 系统的SQLite 数据库来储存数据信息，包括登录密码、账号信息等等。SQLite 数据库在处理事务过程中是通过数据库的独占性与共享锁来完成的。

3.APP 的视觉设计。

1）APP 界面设计风格简约，图标设计简单，用户一看就明白如何使用，背景设计简化，为了突出APP 的功能菜单，APP 的背景简洁朴素。

2）APP 的文字简明扼要，符合用户的使用需求。

3）APP 的色彩设计使用同类色，看起来比较柔和不会有刺眼感觉。

4）功能模块简单明了，集成度高，用户可以在一个界面完成所有操控指令，也可以在一个界面查看全部烘干数据。

根据本粮食烘干机控制系统需求，设计出的手机APP 功能界面如图6 所示。

图6 手机APP 界面

四、系统测试

为验证系统可靠性，选用南粳46 号稻谷为试验样品，在南京市高淳区禾田农机服务专业合作社进行稻谷烘干试验，试验标准参照《GB/T 6970-2007 粮食干燥机试验方法》，试验现场如图7 所示。

图7 试验现场图

进行多次稻谷烘干试验，图8 为稻谷含水率随时间的变化图。干燥前期，稻谷含水率较高，降水速度明显，干燥后期，稻谷失水较多，谷物内自由水分较少，因此干燥速率降低。整个稻谷烘干过程，稻谷水份值的变化符合粮食干燥的规律。试验结果表明，粮食烘干机控制系统能实时采集烘干数据，用户可以通过手机APP 对系统实现控制。

图8 含水率变化图

五、总结

基于粮食烘干机的手机APP 系统是将移动网络技术、通信技术、智能手机开发技术与粮食烘干机的有机结合。该系统能够完成设计的功能，并且界面显示正常，达到预期设计目的，满足需求分析要求的效果。而且APP 界面风格简约，易于使用，可以基本满足用户对烘干机远程操纵的需求，具有一定的实用性和市场价值。