一种智能粮仓温湿度检测与控制装置及方法与流程

本发明涉及粮食储藏技术领域，特别的是一种智能粮仓温湿度检测与控制装置及方法，目的在于保持粮食品质和质量，减少粮食储藏过程中的损失。

背景技术：

我国是农业大国，粮食存储量逐年增加。粮食储藏过程中，容易受温度、湿度及其它因素的影响，可能出现发热、霉变、虫害滋生等问题。为了减少粮食储藏过程中的损失，保障粮食的品质和质量，及时准确地掌握粮食储藏过程中温度与湿度情况是十分必要的。目前，我国多数地区在粮食储藏管理方面多采取人工管理模式，主要是每天定时进入每个粮仓，去检测粮食的数量、粮食的温度、粮仓内的温度、粮仓内的湿度以及通风情况等。该方法存在明显的不足主要如下：一、粮仓内部环境相对恶劣，且人工检测方式的工作强度和工作量都较大；二、管理人员每天记录的信息可能存在一定误差，导致无法及时处理异常状况，从而造成了粮仓内粮食的损坏等问题。三、由于目前多数粮食储藏采用堆积式或者袋装堆积方式，一旦发现粮食内部环境发生异常，都需要人工将有问题的粮食搬运出去进行晾晒，若问题粮食很多，则需要耗费很大的人力和时间，很大程度上增加了人力成本。因此，人工检测方法已经无法满足现在我国粮食储藏的现状，需要寻找较好的粮食储藏管理技术。

技术实现要素：

为克服上述缺点，本发明提出一种智能粮仓温湿度检测与控制装置及方法，能够准确和稳定地在线检测并控制粮仓内部温湿度，很大程度上克服人工管理的弊端，有效提高粮食管理的自动化程度，节约人力成本。

本发明一种智能粮仓温湿度检测与控制装置采用的技术方案是：粮仓的仓壁是由粮仓外壁与粮仓内壁构成空心的仓壁，粮仓外壁与粮仓内壁之间放置六个圆柱型导热箱，粮仓的顶部设有仓顶，是由仓顶外壁与仓顶内壁构成的空心仓顶，仓顶外壁左半边设有出风管道，且中段安装第一电磁阀，仓顶外壁右半边设有粮食进口，粮食进口处设有粮仓盖，粮仓盖上部中间设有把手，粮仓盖上部左右两侧边缘处焊接托片；粮仓底部设有底盘，底盘内部的底部中心处放置搅拌电机，电机轴贯穿底盘顶部、仓底转动套杆、粮仓底部，电机轴顶部插入仓顶转动套杆中，仓底转动套杆焊接在粮仓底部及底盘顶部中心处；电机轴中间部分由上至下焊接第一搅拌片、第二搅拌片、第三搅拌片与第四搅拌片；电机轴中间位置处安装第一温湿度传感器装置，第一搅拌片、第二搅拌片、第三搅拌片与第四搅拌片的中间位置依次对应安装第二温湿度传感器装置、第三温湿度传感器装置、第四温湿度传感器装置与第五温湿度传感器装置；粮仓底部左侧设有粮食出口，其正下方设有粮食排放管道，粮食排放管道上端安装第三电磁阀，尾端焊接滑槽；底盘外壁左侧用固定MCU控制电路盒，MCU控制电路盒中放置的是包含MCU控制系统等相关电路的集成电路板，MCU控制电路盒右侧壁设置粮食出口开关按钮；粮仓底部右侧设有粮仓进风口，其正下方与吸风机出风管道顶端连接，吸风机出风管道尾端与吸风机左端连接，吸风机右端设有吸风机进风口，且与进风管道左端连接，进风管道中段位置安装第二电磁阀；太阳能电池板通过支架放置室外，通过太阳能电池输出电缆连接至MCU控制电路盒，市电电网通过电网电缆连接至MCU控制电路盒；MCU控制系统通过不同的控制端口连接第一温湿度传感器装置、第二温湿度传感器装置、第三温湿度传感器装置、第四温湿度传感器装置、第五温湿度传感器装置、粮食出口开关按钮、太阳能电池板、市电电网、导热棒、吸风机、搅拌电机、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀与光照度传感器。

本发明一种智能粮仓温湿度检测与控制方法采用的技术方案是包括以下步骤：

1)开始工作时，MCU控制系统接收光照度传感器的检测信号，根据采集信息判断户外阳光是否充足。若户外光照强度超过额定值，则切换为太阳能电池板供电；若户外光照度低于设定阈值，则切换为市电电网供电；

2)MCU控制系统依次接收第一温湿度传感器装置、第二温湿度传感器装置、第三温湿度传感器装置、第四温湿度传感器装置与第五温湿度传感器装置所采集的温湿度数据，并且进行处理判断；

3)当温度偏高或者湿度偏低时，MCU控制系统打开第一电磁阀、第二电磁阀，启动吸风机与搅拌电机，运行过程中，MCU控制系统仍然保持定时接收第一温湿度传感器装置、第二温湿度传感器装置、第三温湿度传感器装置、第四温湿度传感器装置与第五温湿度传感器装置所采集的温湿度数据，直到所有检测点的温湿度数据都正常后，便依次关闭吸风机、搅拌电机、第二电磁阀与第一电磁阀；

4)当温度偏低或者湿度偏高时，MCU控制系统打开第一电磁阀、第二电磁阀，启动吸风机、搅拌电机与六个导热棒，运行过程中，MCU控制系统仍然保持定时接收第一温湿度传感器装置、第二温湿度传感器装置、第三温湿度传感器装置、第四温湿度传感器装置与第五温湿度传感器装置所采集的温湿度数据，直到所有检测点的温湿度数据都正常后，便依次关闭吸风机、搅拌电机、导热棒、第二电磁阀与第一电磁阀；

5)当所有检测点温湿度数据恢复至正常时，重复执行步骤1)～4)，循环工作。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明设计的粮仓仓壁为空心仓壁，空心仓壁内放置六个等间隔60°均匀分布圆柱型导热箱，当粮食温度偏低或者湿度偏高时，利用导热箱中导热棒工作产生的热量对粮食进行烘干，可有效改善粮仓内部温湿度。

2、本发明设计一种粮食搅拌装置，在搅拌电机的电机轴上焊接4个搅拌片，利用搅拌电机带动4个搅拌片转动，实现对粮仓内部粮食进行搅拌，在一定程度上提高了粮食烘干的速度及均匀性。

3、本发明通过在电机轴及4个搅拌片上共安装5个温湿度传感器装置，利用MCU控制系统定时依次采集5个位置的温湿度数据，实现了粮仓内部环境的多点检测，在一定程度上提高了检测的准确性与可靠性。

4、本发明利用太阳能电池板与市电电网相结合方式为粮仓内部各部件供电，利用光照度传感器检测室外光照强度，根据光照强度实时切换整个装置的供电方式，一定程度上节省了电能及管理成本。

5、本发明设计的智能粮仓均采用MCU控制系统对粮仓内部各部件进行控制，有效提高粮食管理过程的自动化程度，节约人力成本。

附图说明

图1为本发明智能粮仓温湿度检测与装置整体示意图。

图2为图1中粮仓1内部结构示意图。

图3为图1中导热箱4的结构放大图。

图4为图1第一温湿度传感器装置17结构放大图。

图5为本发明智能粮仓温湿度检测与控制电路结构框图。

图6为本发明智能粮仓温湿度检测与控制方法流程图。

附图中各部件的序号和名称：1、粮仓，2、粮仓外壁，3、粮仓内壁，4、导热箱，5、仓顶，6、第一电磁阀，7、出风管道，8、仓顶外壁，9、仓顶内壁，10、光照度传感器，11、仓顶转动套杆，12、粮仓盖，13、把手，14、托片，15、电机轴，16、第一搅拌片，17、第一温湿度传感器装置，18、第二温湿度传感器装置，19、第三温湿度传感器装置，20、第四温湿度传感器装置，21、第五温湿度传感器装置，22、底盘，23、MCU控制电路盒，24、螺丝，25、粮仓进风口，26、吸风机出风管道，27、吸风机，28、吸风机底座，29、第二电磁阀，30、吸风机进风口，31、进风管道，32、太阳能电池板，33、支架，34、太阳能电池输出电缆，35、电网电缆，36、搅拌电机，37、仓底转动套杆，38、一号管道口，39、搅拌电机底座，40、橡胶塞，41、导热棒，42、导热棒输电线，43、导热箱底座，44、导热油，45、温湿度传感器，46、橡胶套，47、出线口，48、温湿度传感器输出线，49、粮食出口，50、粮食排放管道，51、第三电磁阀，52、滑槽，53、二号管道口，54、粮食出口开关按钮，55、市电电网，56、第二搅拌片，57、第三搅拌片，58、第四搅拌片，59、粮食进口。

具体实施方式

参见图1、图2分别为本发明智能粮仓温湿度检测与装置整体示意图及粮仓1内部结构示意图。主要包括：粮仓1、底盘22、搅拌电机36、导热箱4及太阳能电池板32等。粮仓1由金属材料制成，且呈圆柱型，粮仓1的仓壁是由粮仓外壁2与粮仓内壁3构成空心的仓壁，粮仓1的内部用于堆积粮食，粮仓外壁2与粮仓内壁3之间放置六个圆柱型导热箱4，六个导热箱4呈60°等间隔均匀分布，且均依靠螺丝24将导热箱4的导热箱底座43固定在粮仓1的底部，从而当粮仓1内部粮食温度偏低或者湿度偏高时，利用导热棒4工作时产生的热量可对粮食起到一定程度的烘干作用；此外导热箱4的高度与粮仓外壁2或粮仓内壁3的高度一致；粮仓内壁3是设计成网格状，且设计粮仓内壁3的网格间距时，需保证粮仓1中的粮食无法漏出。

粮仓1的顶部设有半球型的仓顶5，仓顶5也是由仓顶外壁8与仓顶内壁9构成的空心仓顶，仓顶内壁9与粮仓内壁3一样，也设计成网状，且网格间距规格也是一样。仓顶外壁8的左半边设有出风管道7，且出风管道7中段安装第一电磁阀6，当打开第一电磁阀6后，粮仓1内部的气体可以经过仓顶内壁9，并从出风管道7中流出。仓顶外壁8的右半边设有粮仓1的粮食进口59，当粮食入仓后，为保证粮仓1内部保持密封状态，粮食进口59处设计一定厚度与弧度且由金属材料制成的粮仓盖12，其厚度应略大于仓顶外壁8与仓顶内壁9之间的距离。粮仓盖12的上部中间设有把手13便于提拉，粮仓盖12上部左右两侧边缘处分别焊接托片14，用于支撑粮仓盖12。

粮仓1的底部设有金属材料制成的空心圆柱型底盘22，底盘22应具有一定的承重能力，即粮仓1内部装满粮食时，底盘22不会发生变形，此外，底盘22与粮仓1的中心线保持一致；底盘22内部的底部中心处放置搅拌电机36，并利用螺丝24将搅拌电机底座39固定在底盘22底部，保持搅拌电机36在运行时的稳固；搅拌电机36的电机轴15与底盘22及粮仓1的中心线保持一致，且从下至上依次贯穿底盘22顶部、仓底转动套杆37、粮仓1的底部，电机轴15的顶部则插入焊接在仓顶内壁9中心处的仓顶转动套杆11中，避免电机轴15在转动过程中左右晃动，仓底转动套杆37则焊接在粮仓1的底部及底盘22顶部的中心处，需要说明的是：仓顶转动套杆11与仓底转动套杆37均用于稳定电机轴15，但并不影响电机轴15的转动，同时，仓底转动套杆37的安装处需确保粮仓1中的粮食不会漏出来。

位于粮仓1内部的电机轴15中间部分由上至下分别焊接第一搅拌片16、第二搅拌片56、第三搅拌片57与第四搅拌片58；将上述四个分成两组，第一组为第一搅拌片16与第二搅拌片56，且位于电机轴15的上端，第一搅拌片16焊接在电机轴15的左侧，第二搅拌片56焊接在电机轴15的右侧，且第一搅拌片16位于第二搅拌片56的上方，且二者均向电机轴15上端靠拢，并呈一定角度(约为60°)；第二组为第三搅拌片57与第四搅拌片58，且位于电机轴15的下端，第三搅拌片57焊接在电机轴15的左侧，第四搅拌片58焊接在电机轴15的右侧，且第三搅拌片57位于第四搅拌片58的上方，且二者均向电机轴15下端靠拢，并呈一定角度(约为60°)；当搅拌电机36运行时，电机轴15会转动，从而带动第一搅拌片16、第二搅拌片56、第三搅拌片57与第四搅拌片58转动，实现对粮仓1内部堆积的粮食进行搅拌，需要说明的是：第一搅拌片16、第二搅拌片56、第三搅拌片57与第四搅拌片58不易变形，且焊接必须足够牢靠，避免在搅拌粮食过程中发生形变、断裂等故障，影响使用寿命。

在电机轴15的中间位置处安装第一温湿度传感器装置17，用于检测粮仓1中粮食中间的温湿度；同样在第一搅拌片16、第二搅拌片56、第三搅拌片57与第四搅拌片58的中间位置依次对应安装第二温湿度传感器装置18、第三温湿度传感器装置19、第四温湿度传感器装置20与第五温湿度传感器装置21，分别检测各自对应范围内的温湿度，从而尽可能实现对粮仓1内部的温湿度进行多点检测。

粮仓1的底部左侧设有粮食出口49，其正下方设有L型的粮食排放管道50，粮食排放管道50的上端安装第三电磁阀51，粮食排放管道50的尾端焊接凹型的滑槽52，并从二号管道口53延伸出来；在底盘22的外壁左侧用螺丝24固定着MCU控制电路盒23，可用于控制整个装置的运行，MCU控制电路盒23的右侧壁设置粮食出口开关按钮54，用于控制第三电磁阀51开关；当需要排放堆积在粮仓1中的粮食时，只需按下粮食出口开关按钮54，第三电磁阀51即可打开，粮仓1中的粮食便可从粮食排放管道50顺着滑槽52流出。

在粮仓1底部右侧且在粮仓外壁2与粮仓内壁3之间设有粮仓进风口25，其正下方与L型吸风机出风管道26的顶端连接，吸风机出风管道26的尾端则与吸风机27的左端连接，吸风机27通过吸风机底座28固定在底盘22内部右侧；吸风机27的右端设有吸风机进风口30，吸风机进风口30则与进风管道31左端连接，进风管道31的中段位置安装第二电磁阀29，且进风管道31右端穿过位于底盘22右侧的一号管道口38延伸至外部；当粮仓1内部的温湿度异常时，便需要同时开启第一电磁阀6、第二电磁阀29以及吸风机27，依靠吸风机27吸入外部空气，气体则会从粮仓1的底部穿过粮仓1内部的粮食后，再从出风通道7流出，如此便实现粮仓1内部与外部的气体交换，待粮仓1内部的温湿度恢复正常即可关闭第一电磁阀6、第二电磁阀29以及吸风机27。

为了节约电力资源及成本，本发明利用太阳能电池板32与市电电网55相结合方式为粮仓1内部各部件供电；太阳能电池板32通过支架33放置室外，其通过太阳能电池输出电缆34连接至MCU控制电路盒23中，市电电网55通过电网电缆35连接至MCU控制电路盒23中；为了实现切换供电方式，在太阳能电池板32的顶部安装光照度传感器10，用于检测室外光照强度；整个装置供电切换方式如下：当光照度传感器10检测到户外光照强度足够大时，则利用MCU控制电路盒23中的MCU控制系统切换成太阳能电池板32供电，一旦光照度传感器10检测到户外光照强度低于规定阈值，则切换成市电电网55供电，如此在一定程度上节省了电能及管理成本。

参见图3，为本发明图1中导热箱4的结构放大图。导热箱4内部充满导热油44，导热棒41从导热箱4的顶部中心插入至导热箱4的底部，导热棒41顶端的导热棒输电线42则连接至MCU控制电路盒23中；在导热棒41的上端(即导热箱4的顶部中心)设有橡胶塞40，从而可以将导热棒41稳固在导热箱4中，需要说明的是：设计橡胶塞40时，需要避免导热箱4中的导热油44从顶部溢出；导热箱底座43呈扁圆柱型，且与导热箱4底部焊接在一起，其通过左右两侧的螺丝24固定在粮仓1的底部。

参见图4，为本发明图1第一温湿度传感器装置17结构放大图。本发明采用多点温湿度检测方式，共设计5个温湿度传感器装置，即第一温湿度传感器装置17、第二温湿度传感器装置18、第三温湿度传感器装置19、第四温湿度传感器装置20与第五温湿度传感器装置21，每个传感器装置内部结构一样，区别在于5个装置的安装位置不同，下面以第一温湿度传感器装置17为例进行说明。第一温湿度传感器装置17是金属材料制成的长方体状，其顶部中心至底部之间放置一定直径的圆柱型橡胶套46，橡胶套46中心则从上往下内嵌温湿度传感器45，温湿度传感器输出线48则从第一温湿度传感器装置17中心处开设的出线口47引出并连接至MCU控制电路盒23中，第一温湿度传感器装置17则通过两个螺丝24固定在电机轴15的中间位置；需要说明的是：橡胶套46及温湿度传感器45的安装必须牢靠，避免在搅拌电机36转动过程中，因与粮仓1内部粮食长时间摩擦而出现松动。

参见图5，为本发明智能粮仓温湿度检测与控制电路结构框图。MCU控制电路盒23中放置的是包含MCU控制系统等相关电路的集成电路板。MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接第一温湿度传感器装置17、第二温湿度传感器装置18、第三温湿度传感器装置19、第四温湿度传感器装置20、第五温湿度传感器装置21、粮食出口开关按钮54、太阳能电池板32、市电电网55、导热棒41、吸风机27、搅拌电机36、第一电磁阀6、第二电磁阀29、第三电磁阀51与光照度传感器10。其中，第一温湿度传感器装置17、第二温湿度传感器装置18、第三温湿度传感器装置19、第四温湿度传感器装置20、第五温湿度传感器装置21、粮食出口开关按钮54、太阳能电池板32、市电电网55与光照度传感器10分别连接MCU控制系统的输入端，而MCU控制系统的输出端分别连接导热棒41、吸风机27、搅拌电机36、第一电磁阀6、第二电磁阀29与第三电磁阀51。

参见图6，为本发明智能粮仓温湿度检测与控制方法流程图，具体操作步骤如下：

(1)开始工作时，MCU控制电路盒23中的MCU控制系统接收光照度传感器10的检测信号，根据采集信息判断户外阳光是否充足。若户外光照强度超过额定值，则切换为太阳能电池板32供电；若户外光照度低于设定阈值，则切换为市电电网55供电，除了为粮仓1的运行提供充足的电能外，还可有效节约电力成本；

(2)MCU控制系统依次接收第一温湿度传感器装置17、第二温湿度传感器装置18、第三温湿度传感器装置19、第四温湿度传感器装置20与第五温湿度传感器装置21所采集的温湿度数据，并且进行处理判断；

(3)当步骤(2)中接收到的任意一个温湿度数据存在异常时，需执行相应操作：当温度偏高或者湿度偏低时，MCU控制系统打开第一电磁阀6、第二电磁阀29，启动吸风机27与搅拌电机36，运行过程中，MCU控制系统仍然保持定时接收第一温湿度传感器装置17、第二温湿度传感器装置18、第三温湿度传感器装置19、第四温湿度传感器装置20与第五温湿度传感器装置21所采集的温湿度数据，直到所有检测点的温湿度数据都正常后，便依次关闭吸风机27、搅拌电机36、第二电磁阀29与第一电磁阀6；

(4)当温度偏低或者湿度偏高时，MCU控制系统打开第一电磁阀6、第二电磁阀29，启动吸风机27、搅拌电机36与六个导热棒41，运行过程中，MCU控制系统仍然保持定时接收第一温湿度传感器装置17、第二温湿度传感器装置18、第三温湿度传感器装置19、第四温湿度传感器装置20与第五温湿度传感器装置21所采集的温湿度数据，直到所有检测点的温湿度数据都正常后，便依次关闭吸风机27、搅拌电机36、导热棒41、第二电磁阀29与第一电磁阀6；

(5)当所有检测点温湿度数据恢复至正常时，重复执行步骤(1)～(4)，循环工作。