一種智能糧倉溫濕度檢測與控制裝置及方法與流程

本發明涉及糧食儲藏技術領域，特別的是一種智能糧倉溫濕度檢測與控制裝置及方法，目的在于保持糧食品質和質量，減少糧食儲藏過程中的損失。

背景技術：

我國是農業大國，糧食存儲量逐年增加。糧食儲藏過程中，容易受溫度、濕度及其它因素的影響，可能出現發熱、霉變、蟲害滋生等問題。為了減少糧食儲藏過程中的損失，保障糧食的品質和質量，及時準確地掌握糧食儲藏過程中溫度與濕度情況是十分必要的。目前，我國多數地區在糧食儲藏管理方面多采取人工管理模式，主要是每天定時進入每個糧倉，去檢測糧食的數量、糧食的溫度、糧倉內的溫度、糧倉內的濕度以及通風情況等。該方法存在明顯的不足主要如下：一、糧倉內部環境相對惡劣，且人工檢測方式的工作強度和工作量都較大；二、管理人員每天記錄的信息可能存在一定誤差，導致無法及時處理異常狀況，從而造成了糧倉內糧食的損壞等問題。三、由于目前多數糧食儲藏采用堆積式或者袋裝堆積方式，一旦發現糧食內部環境發生異常，都需要人工將有問題的糧食搬運出去進行晾曬，若問題糧食很多，則需要耗費很大的人力和時間，很大程度上增加了人力成本。因此，人工檢測方法已經無法滿足現在我國糧食儲藏的現狀，需要尋找較好的糧食儲藏管理技術。

技術實現要素：

為克服上述缺點，本發明提出一種智能糧倉溫濕度檢測與控制裝置及方法，能夠準確和穩定地在線檢測并控制糧倉內部溫濕度，很大程度上克服人工管理的弊端，有效提高糧食管理的自動化程度，節約人力成本。

本發明一種智能糧倉溫濕度檢測與控制裝置采用的技術方案是：糧倉的倉壁是由糧倉外壁與糧倉內壁構成空心的倉壁，糧倉外壁與糧倉內壁之間放置六個圓柱型導熱箱，糧倉的頂部設有倉頂，是由倉頂外壁與倉頂內壁構成的空心倉頂，倉頂外壁左半邊設有出風管道，且中段安裝第一電磁閥，倉頂外壁右半邊設有糧食進口，糧食進口處設有糧倉蓋，糧倉蓋上部中間設有把手，糧倉蓋上部左右兩側邊緣處焊接托片；糧倉底部設有底盤，底盤內部的底部中心處放置攪拌電機，電機軸貫穿底盤頂部、倉底轉動套桿、糧倉底部，電機軸頂部插入倉頂轉動套桿中，倉底轉動套桿焊接在糧倉底部及底盤頂部中心處；電機軸中間部分由上至下焊接第一攪拌片、第二攪拌片、第三攪拌片與第四攪拌片；電機軸中間位置處安裝第一溫濕度傳感器裝置，第一攪拌片、第二攪拌片、第三攪拌片與第四攪拌片的中間位置依次對應安裝第二溫濕度傳感器裝置、第三溫濕度傳感器裝置、第四溫濕度傳感器裝置與第五溫濕度傳感器裝置；糧倉底部左側設有糧食出口，其正下方設有糧食排放管道，糧食排放管道上端安裝第三電磁閥，尾端焊接滑槽；底盤外壁左側用固定MCU控制電路盒，MCU控制電路盒中放置的是包含MCU控制系統等相關電路的集成電路板，MCU控制電路盒右側壁設置糧食出口開關按鈕；糧倉底部右側設有糧倉進風口，其正下方與吸風機出風管道頂端連接，吸風機出風管道尾端與吸風機左端連接，吸風機右端設有吸風機進風口，且與進風管道左端連接，進風管道中段位置安裝第二電磁閥；太陽能電池板通過支架放置室外，通過太陽能電池輸出電纜連接至MCU控制電路盒，市電電網通過電網電纜連接至MCU控制電路盒；MCU控制系統通過不同的控制端口連接第一溫濕度傳感器裝置、第二溫濕度傳感器裝置、第三溫濕度傳感器裝置、第四溫濕度傳感器裝置、第五溫濕度傳感器裝置、糧食出口開關按鈕、太陽能電池板、市電電網、導熱棒、吸風機、攪拌電機、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥與光照度傳感器。

本發明一種智能糧倉溫濕度檢測與控制方法采用的技術方案是包括以下步驟：

1)開始工作時，MCU控制系統接收光照度傳感器的檢測信號，根據采集信息判斷戶外陽光是否充足。若戶外光照強度超過額定值，則切換為太陽能電池板供電；若戶外光照度低于設定閾值，則切換為市電電網供電；

2)MCU控制系統依次接收第一溫濕度傳感器裝置、第二溫濕度傳感器裝置、第三溫濕度傳感器裝置、第四溫濕度傳感器裝置與第五溫濕度傳感器裝置所采集的溫濕度數據，并且進行處理判斷；

3)當溫度偏高或者濕度偏低時，MCU控制系統打開第一電磁閥、第二電磁閥，啟動吸風機與攪拌電機，運行過程中，MCU控制系統仍然保持定時接收第一溫濕度傳感器裝置、第二溫濕度傳感器裝置、第三溫濕度傳感器裝置、第四溫濕度傳感器裝置與第五溫濕度傳感器裝置所采集的溫濕度數據，直到所有檢測點的溫濕度數據都正常后，便依次關閉吸風機、攪拌電機、第二電磁閥與第一電磁閥；

4)當溫度偏低或者濕度偏高時，MCU控制系統打開第一電磁閥、第二電磁閥，啟動吸風機、攪拌電機與六個導熱棒，運行過程中，MCU控制系統仍然保持定時接收第一溫濕度傳感器裝置、第二溫濕度傳感器裝置、第三溫濕度傳感器裝置、第四溫濕度傳感器裝置與第五溫濕度傳感器裝置所采集的溫濕度數據，直到所有檢測點的溫濕度數據都正常后，便依次關閉吸風機、攪拌電機、導熱棒、第二電磁閥與第一電磁閥；

5)當所有檢測點溫濕度數據恢復至正常時，重復執行步驟1)～4)，循環工作。

本發明與已有方法和技術相比，具有如下優點：

1、本發明設計的糧倉倉壁為空心倉壁，空心倉壁內放置六個等間隔60°均勻分布圓柱型導熱箱，當糧食溫度偏低或者濕度偏高時，利用導熱箱中導熱棒工作產生的熱量對糧食進行烘干，可有效改善糧倉內部溫濕度。

2、本發明設計一種糧食攪拌裝置，在攪拌電機的電機軸上焊接4個攪拌片，利用攪拌電機帶動4個攪拌片轉動，實現對糧倉內部糧食進行攪拌，在一定程度上提高了糧食烘干的速度及均勻性。

3、本發明通過在電機軸及4個攪拌片上共安裝5個溫濕度傳感器裝置，利用MCU控制系統定時依次采集5個位置的溫濕度數據，實現了糧倉內部環境的多點檢測，在一定程度上提高了檢測的準確性與可靠性。

4、本發明利用太陽能電池板與市電電網相結合方式為糧倉內部各部件供電，利用光照度傳感器檢測室外光照強度，根據光照強度實時切換整個裝置的供電方式，一定程度上節省了電能及管理成本。

5、本發明設計的智能糧倉均采用MCU控制系統對糧倉內部各部件進行控制，有效提高糧食管理過程的自動化程度，節約人力成本。

附圖說明

圖1為本發明智能糧倉溫濕度檢測與裝置整體示意圖。

圖2為圖1中糧倉1內部結構示意圖。

圖3為圖1中導熱箱4的結構放大圖。

圖4為圖1第一溫濕度傳感器裝置17結構放大圖。

圖5為本發明智能糧倉溫濕度檢測與控制電路結構框圖。

圖6為本發明智能糧倉溫濕度檢測與控制方法流程圖。

附圖中各部件的序號和名稱：1、糧倉，2、糧倉外壁，3、糧倉內壁，4、導熱箱，5、倉頂，6、第一電磁閥，7、出風管道，8、倉頂外壁，9、倉頂內壁，10、光照度傳感器，11、倉頂轉動套桿，12、糧倉蓋，13、把手，14、托片，15、電機軸，16、第一攪拌片，17、第一溫濕度傳感器裝置，18、第二溫濕度傳感器裝置，19、第三溫濕度傳感器裝置，20、第四溫濕度傳感器裝置，21、第五溫濕度傳感器裝置，22、底盤，23、MCU控制電路盒，24、螺絲，25、糧倉進風口，26、吸風機出風管道，27、吸風機，28、吸風機底座，29、第二電磁閥，30、吸風機進風口，31、進風管道，32、太陽能電池板，33、支架，34、太陽能電池輸出電纜，35、電網電纜，36、攪拌電機，37、倉底轉動套桿，38、一號管道口，39、攪拌電機底座，40、橡膠塞，41、導熱棒，42、導熱棒輸電線，43、導熱箱底座，44、導熱油，45、溫濕度傳感器，46、橡膠套，47、出線口，48、溫濕度傳感器輸出線，49、糧食出口，50、糧食排放管道，51、第三電磁閥，52、滑槽，53、二號管道口，54、糧食出口開關按鈕，55、市電電網，56、第二攪拌片，57、第三攪拌片，58、第四攪拌片，59、糧食進口。

具體實施方式

參見圖1、圖2分別為本發明智能糧倉溫濕度檢測與裝置整體示意圖及糧倉1內部結構示意圖。主要包括：糧倉1、底盤22、攪拌電機36、導熱箱4及太陽能電池板32等。糧倉1由金屬材料制成，且呈圓柱型，糧倉1的倉壁是由糧倉外壁2與糧倉內壁3構成空心的倉壁，糧倉1的內部用于堆積糧食，糧倉外壁2與糧倉內壁3之間放置六個圓柱型導熱箱4，六個導熱箱4呈60°等間隔均勻分布，且均依靠螺絲24將導熱箱4的導熱箱底座43固定在糧倉1的底部，從而當糧倉1內部糧食溫度偏低或者濕度偏高時，利用導熱棒4工作時產生的熱量可對糧食起到一定程度的烘干作用；此外導熱箱4的高度與糧倉外壁2或糧倉內壁3的高度一致；糧倉內壁3是設計成網格狀，且設計糧倉內壁3的網格間距時，需保證糧倉1中的糧食無法漏出。

糧倉1的頂部設有半球型的倉頂5，倉頂5也是由倉頂外壁8與倉頂內壁9構成的空心倉頂，倉頂內壁9與糧倉內壁3一樣，也設計成網狀，且網格間距規格也是一樣。倉頂外壁8的左半邊設有出風管道7，且出風管道7中段安裝第一電磁閥6，當打開第一電磁閥6后，糧倉1內部的氣體可以經過倉頂內壁9，并從出風管道7中流出。倉頂外壁8的右半邊設有糧倉1的糧食進口59，當糧食入倉后，為保證糧倉1內部保持密封狀態，糧食進口59處設計一定厚度與弧度且由金屬材料制成的糧倉蓋12，其厚度應略大于倉頂外壁8與倉頂內壁9之間的距離。糧倉蓋12的上部中間設有把手13便于提拉，糧倉蓋12上部左右兩側邊緣處分別焊接托片14，用于支撐糧倉蓋12。

糧倉1的底部設有金屬材料制成的空心圓柱型底盤22，底盤22應具有一定的承重能力，即糧倉1內部裝滿糧食時，底盤22不會發生變形，此外，底盤22與糧倉1的中心線保持一致；底盤22內部的底部中心處放置攪拌電機36，并利用螺絲24將攪拌電機底座39固定在底盤22底部，保持攪拌電機36在運行時的穩固；攪拌電機36的電機軸15與底盤22及糧倉1的中心線保持一致，且從下至上依次貫穿底盤22頂部、倉底轉動套桿37、糧倉1的底部，電機軸15的頂部則插入焊接在倉頂內壁9中心處的倉頂轉動套桿11中，避免電機軸15在轉動過程中左右晃動，倉底轉動套桿37則焊接在糧倉1的底部及底盤22頂部的中心處，需要說明的是：倉頂轉動套桿11與倉底轉動套桿37均用于穩定電機軸15，但并不影響電機軸15的轉動，同時，倉底轉動套桿37的安裝處需確保糧倉1中的糧食不會漏出來。

位于糧倉1內部的電機軸15中間部分由上至下分別焊接第一攪拌片16、第二攪拌片56、第三攪拌片57與第四攪拌片58；將上述四個分成兩組，第一組為第一攪拌片16與第二攪拌片56，且位于電機軸15的上端，第一攪拌片16焊接在電機軸15的左側，第二攪拌片56焊接在電機軸15的右側，且第一攪拌片16位于第二攪拌片56的上方，且二者均向電機軸15上端靠攏，并呈一定角度(約為60°)；第二組為第三攪拌片57與第四攪拌片58，且位于電機軸15的下端，第三攪拌片57焊接在電機軸15的左側，第四攪拌片58焊接在電機軸15的右側，且第三攪拌片57位于第四攪拌片58的上方，且二者均向電機軸15下端靠攏，并呈一定角度(約為60°)；當攪拌電機36運行時，電機軸15會轉動，從而帶動第一攪拌片16、第二攪拌片56、第三攪拌片57與第四攪拌片58轉動，實現對糧倉1內部堆積的糧食進行攪拌，需要說明的是：第一攪拌片16、第二攪拌片56、第三攪拌片57與第四攪拌片58不易變形，且焊接必須足夠牢靠，避免在攪拌糧食過程中發生形變、斷裂等故障，影響使用壽命。

在電機軸15的中間位置處安裝第一溫濕度傳感器裝置17，用于檢測糧倉1中糧食中間的溫濕度；同樣在第一攪拌片16、第二攪拌片56、第三攪拌片57與第四攪拌片58的中間位置依次對應安裝第二溫濕度傳感器裝置18、第三溫濕度傳感器裝置19、第四溫濕度傳感器裝置20與第五溫濕度傳感器裝置21，分別檢測各自對應范圍內的溫濕度，從而盡可能實現對糧倉1內部的溫濕度進行多點檢測。

糧倉1的底部左側設有糧食出口49，其正下方設有L型的糧食排放管道50，糧食排放管道50的上端安裝第三電磁閥51，糧食排放管道50的尾端焊接凹型的滑槽52，并從二號管道口53延伸出來；在底盤22的外壁左側用螺絲24固定著MCU控制電路盒23，可用于控制整個裝置的運行，MCU控制電路盒23的右側壁設置糧食出口開關按鈕54，用于控制第三電磁閥51開關；當需要排放堆積在糧倉1中的糧食時，只需按下糧食出口開關按鈕54，第三電磁閥51即可打開，糧倉1中的糧食便可從糧食排放管道50順著滑槽52流出。

在糧倉1底部右側且在糧倉外壁2與糧倉內壁3之間設有糧倉進風口25，其正下方與L型吸風機出風管道26的頂端連接，吸風機出風管道26的尾端則與吸風機27的左端連接，吸風機27通過吸風機底座28固定在底盤22內部右側；吸風機27的右端設有吸風機進風口30，吸風機進風口30則與進風管道31左端連接，進風管道31的中段位置安裝第二電磁閥29，且進風管道31右端穿過位于底盤22右側的一號管道口38延伸至外部；當糧倉1內部的溫濕度異常時，便需要同時開啟第一電磁閥6、第二電磁閥29以及吸風機27，依靠吸風機27吸入外部空氣，氣體則會從糧倉1的底部穿過糧倉1內部的糧食后，再從出風通道7流出，如此便實現糧倉1內部與外部的氣體交換，待糧倉1內部的溫濕度恢復正常即可關閉第一電磁閥6、第二電磁閥29以及吸風機27。

為了節約電力資源及成本，本發明利用太陽能電池板32與市電電網55相結合方式為糧倉1內部各部件供電；太陽能電池板32通過支架33放置室外，其通過太陽能電池輸出電纜34連接至MCU控制電路盒23中，市電電網55通過電網電纜35連接至MCU控制電路盒23中；為了實現切換供電方式，在太陽能電池板32的頂部安裝光照度傳感器10，用于檢測室外光照強度；整個裝置供電切換方式如下：當光照度傳感器10檢測到戶外光照強度足夠大時，則利用MCU控制電路盒23中的MCU控制系統切換成太陽能電池板32供電，一旦光照度傳感器10檢測到戶外光照強度低于規定閾值，則切換成市電電網55供電，如此在一定程度上節省了電能及管理成本。

參見圖3，為本發明圖1中導熱箱4的結構放大圖。導熱箱4內部充滿導熱油44，導熱棒41從導熱箱4的頂部中心插入至導熱箱4的底部，導熱棒41頂端的導熱棒輸電線42則連接至MCU控制電路盒23中；在導熱棒41的上端(即導熱箱4的頂部中心)設有橡膠塞40，從而可以將導熱棒41穩固在導熱箱4中，需要說明的是：設計橡膠塞40時，需要避免導熱箱4中的導熱油44從頂部溢出；導熱箱底座43呈扁圓柱型，且與導熱箱4底部焊接在一起，其通過左右兩側的螺絲24固定在糧倉1的底部。

參見圖4，為本發明圖1第一溫濕度傳感器裝置17結構放大圖。本發明采用多點溫濕度檢測方式，共設計5個溫濕度傳感器裝置，即第一溫濕度傳感器裝置17、第二溫濕度傳感器裝置18、第三溫濕度傳感器裝置19、第四溫濕度傳感器裝置20與第五溫濕度傳感器裝置21，每個傳感器裝置內部結構一樣，區別在于5個裝置的安裝位置不同，下面以第一溫濕度傳感器裝置17為例進行說明。第一溫濕度傳感器裝置17是金屬材料制成的長方體狀，其頂部中心至底部之間放置一定直徑的圓柱型橡膠套46，橡膠套46中心則從上往下內嵌溫濕度傳感器45，溫濕度傳感器輸出線48則從第一溫濕度傳感器裝置17中心處開設的出線口47引出并連接至MCU控制電路盒23中，第一溫濕度傳感器裝置17則通過兩個螺絲24固定在電機軸15的中間位置；需要說明的是：橡膠套46及溫濕度傳感器45的安裝必須牢靠，避免在攪拌電機36轉動過程中，因與糧倉1內部糧食長時間摩擦而出現松動。

參見圖5，為本發明智能糧倉溫濕度檢測與控制電路結構框圖。MCU控制電路盒23中放置的是包含MCU控制系統等相關電路的集成電路板。MCU控制系統通過不同的控制端口分別連接第一溫濕度傳感器裝置17、第二溫濕度傳感器裝置18、第三溫濕度傳感器裝置19、第四溫濕度傳感器裝置20、第五溫濕度傳感器裝置21、糧食出口開關按鈕54、太陽能電池板32、市電電網55、導熱棒41、吸風機27、攪拌電機36、第一電磁閥6、第二電磁閥29、第三電磁閥51與光照度傳感器10。其中，第一溫濕度傳感器裝置17、第二溫濕度傳感器裝置18、第三溫濕度傳感器裝置19、第四溫濕度傳感器裝置20、第五溫濕度傳感器裝置21、糧食出口開關按鈕54、太陽能電池板32、市電電網55與光照度傳感器10分別連接MCU控制系統的輸入端，而MCU控制系統的輸出端分別連接導熱棒41、吸風機27、攪拌電機36、第一電磁閥6、第二電磁閥29與第三電磁閥51。

參見圖6，為本發明智能糧倉溫濕度檢測與控制方法流程圖，具體操作步驟如下：

(1)開始工作時，MCU控制電路盒23中的MCU控制系統接收光照度傳感器10的檢測信號，根據采集信息判斷戶外陽光是否充足。若戶外光照強度超過額定值，則切換為太陽能電池板32供電；若戶外光照度低于設定閾值，則切換為市電電網55供電，除了為糧倉1的運行提供充足的電能外，還可有效節約電力成本；

(2)MCU控制系統依次接收第一溫濕度傳感器裝置17、第二溫濕度傳感器裝置18、第三溫濕度傳感器裝置19、第四溫濕度傳感器裝置20與第五溫濕度傳感器裝置21所采集的溫濕度數據，并且進行處理判斷；

(3)當步驟(2)中接收到的任意一個溫濕度數據存在異常時，需執行相應操作：當溫度偏高或者濕度偏低時，MCU控制系統打開第一電磁閥6、第二電磁閥29，啟動吸風機27與攪拌電機36，運行過程中，MCU控制系統仍然保持定時接收第一溫濕度傳感器裝置17、第二溫濕度傳感器裝置18、第三溫濕度傳感器裝置19、第四溫濕度傳感器裝置20與第五溫濕度傳感器裝置21所采集的溫濕度數據，直到所有檢測點的溫濕度數據都正常后，便依次關閉吸風機27、攪拌電機36、第二電磁閥29與第一電磁閥6；

(4)當溫度偏低或者濕度偏高時，MCU控制系統打開第一電磁閥6、第二電磁閥29，啟動吸風機27、攪拌電機36與六個導熱棒41，運行過程中，MCU控制系統仍然保持定時接收第一溫濕度傳感器裝置17、第二溫濕度傳感器裝置18、第三溫濕度傳感器裝置19、第四溫濕度傳感器裝置20與第五溫濕度傳感器裝置21所采集的溫濕度數據，直到所有檢測點的溫濕度數據都正常后，便依次關閉吸風機27、攪拌電機36、導熱棒41、第二電磁閥29與第一電磁閥6；

(5)當所有檢測點溫濕度數據恢復至正常時，重復執行步驟(1)～(4)，循環工作。