粮食储存品质监测系统设计

0 引 言
我国是世界上最大的粮食生产、储藏及消费大国，粮食储藏是国家为防备战争、灾荒及其他突发性事件而采取的有效措施，因此粮食的安全储藏是关系到国计民生的战略大事。粮食在贮藏过程中，会因为受温度、湿度、氧气、微生物及昆虫等因素的影响，从而造成其质量的不良改变。对粮食贮藏过程中的影响参数进行实时监测、分析，是保障粮食储存品质的有效手段。在此，通过采用CAN总线的数据采集系统对影响粮食贮藏过程中的参数进行实时采集、分析，当发现不良变化时，能够及时发出预警信息，保证粮食储存的安全。

1 影响粮食储存品质的因素分析
影响粮食储存品质的因素很多，其中微生物污染因素影响最大。粮食在收获、贮藏、加工等过程中极容易受到霉菌、细菌、酵母菌的污染，当条件适宜时，它们就能迅速地在粮食中生长繁殖，并产生毒素，使粮食及其制品变质。因此，在贮藏粮食时要采取防微生物污染的措施及控制微生物生长繁殖的手段；其次在储存粮食的过程中要注意温度、湿度、氧气的影响。在微生物生长繁殖时需要适宜的温度、湿度和氧气(厌氧菌除外)，如果贮藏时湿度过大，温度过高，氧气充足，则污染的微生物就能迅速生长繁殖，至使谷类及其制品发霉或腐败变质。因此，粮食在贮藏时不仅要求其本身含水量要低(不超过15％)，而且贮藏环境亦应保持低温、干燥、通风良好。虫害也是影响粮食储存品质的一个重要因素，害虫在原粮及半成品中都能生长，如当仓库室温在18～21℃以上、湿度在60％以上时，即适于虫卵孵化繁殖；当室温在10℃以下时，害虫活动能力会减弱。仓库中主要有甲虫、螨类、蛾类等害虫，这些害虫不但损害大量粮食，而且会使粮食带有不良气味，减轻其重量，降低其品质，也容易使粮堆发热；当微生物进一步作用就会使粮食霉烂变质。

2 系统总体结构及其原理
在粮食储藏期间，影响粮食发生不良变化的主要因素有温度、湿度、CO2等。该系统通过高精度温湿度、CO2传感器得粮食的实时变化数据。这些因素在某种程度上也会造成粮食颜色、体积、纹理等的细微变化。这种变化利用肉眼很难分辨，通过一定算法对图像进行特征提取，得到具有不同特征的多传感器信息。对这些具有不同特征的信息进行分析，可以预测到粮食发生霉变或虫害的时间。系统采用CAN 总线控制方式，由数据采集服务器、CAN／USB转换器和多个智能节点组成，节点的数量由仓库里的粮库数量决定。其结构原理图如图1所示。

CAN((Controller Area Network)总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线网络中各节点都可根据总线访问优先权采用无损结构的逐位仲裁方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，取而代之对通信数据进行编码，使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。CAN总线的通信距离可达10 km，波特率可根据通信距离选择，最高可达1 Mb／s。CAN总线还支持多主站结构，采用短数据帧、CRC校验、错误鉴别、发送时监听和自动关闭技术，保证数据稳定、可靠的传输。同时具有无损的冲突检测链路协议、总线仲裁功能和故障节点自动脱离技术，保证系统的可靠运行。