糧食儲存品質監測系統設計

0 引 言
我國是世界上最大的糧食生產、儲藏及消費大國，糧食儲藏是國家為防備戰爭、災荒及其他突發性事件而采取的有效措施，因此糧食的安全儲藏是關系到國計民生的戰略大事。糧食在貯藏過程中，會因為受溫度、濕度、氧氣、微生物及昆蟲等因素的影響，從而造成其質量的不良改變。對糧食貯藏過程中的影響參數進行實時監測、分析，是保障糧食儲存品質的有效手段。在此，通過采用CAN總線的數據采集系統對影響糧食貯藏過程中的參數進行實時采集、分析，當發現不良變化時，能夠及時發出預警信息，保證糧食儲存的安全。

1 影響糧食儲存品質的因素分析
影響糧食儲存品質的因素很多，其中微生物污染因素影響最大。糧食在收獲、貯藏、加工等過程中極容易受到霉菌、細菌、酵母菌的污染，當條件適宜時，它們就能迅速地在糧食中生長繁殖，并產生毒素，使糧食及其制品變質。因此，在貯藏糧食時要采取防微生物污染的措施及控制微生物生長繁殖的手段；其次在儲存糧食的過程中要注意溫度、濕度、氧氣的影響。在微生物生長繁殖時需要適宜的溫度、濕度和氧氣(厭氧菌除外)，如果貯藏時濕度過大，溫度過高，氧氣充足，則污染的微生物就能迅速生長繁殖，至使谷類及其制品發霉或腐敗變質。因此，糧食在貯藏時不僅要求其本身含水量要低(不超過15％)，而且貯藏環境亦應保持低溫、干燥、通風良好。蟲害也是影響糧食儲存品質的一個重要因素，害蟲在原糧及半成品中都能生長，如當倉庫室溫在18～21℃以上、濕度在60％以上時，即適于蟲卵孵化繁殖；當室溫在10℃以下時，害蟲活動能力會減弱。倉庫中主要有甲蟲、螨類、蛾類等害蟲，這些害蟲不但損害大量糧食，而且會使糧食帶有不良氣味，減輕其重量，降低其品質，也容易使糧堆發熱；當微生物進一步作用就會使糧食霉爛變質。

2 系統總體結構及其原理
在糧食儲藏期間，影響糧食發生不良變化的主要因素有溫度、濕度、CO2等。該系統通過高精度溫濕度、CO2傳感器得糧食的實時變化數據。這些因素在某種程度上也會造成糧食顏色、體積、紋理等的細微變化。這種變化利用肉眼很難分辨，通過一定算法對圖像進行特征提取，得到具有不同特征的多傳感器信息。對這些具有不同特征的信息進行分析，可以預測到糧食發生霉變或蟲害的時間。系統采用CAN 總線控制方式，由數據采集服務器、CAN／USB轉換器和多個智能節點組成，節點的數量由倉庫里的糧庫數量決定。其結構原理圖如圖1所示。

CAN((Controller Area Network)總線是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN總線網絡中各節點都可根據總線訪問優先權采用無損結構的逐位仲裁方式競爭向總線發送數據，且CAN協議廢除了站地址編碼，取而代之對通信數據進行編碼，使得CAN總線構成的網絡各節點之間的數據通信實時性強，并且容易構成冗余結構，提高系統的可靠性和系統的靈活性。CAN總線的通信距離可達10 km，波特率可根據通信距離選擇，最高可達1 Mb／s。CAN總線還支持多主站結構，采用短數據幀、CRC校驗、錯誤鑒別、發送時監聽和自動關閉技術，保證數據穩定、可靠的傳輸。同時具有無損的沖突檢測鏈路協議、總線仲裁功能和故障節點自動脫離技術，保證系統的可靠運行。