罗书克１，张元敏１，左永明２，李珍萍２
（１． 许昌学院电气信息工程学院，河南 许昌 ４６１０００；２．中央储备粮许昌直属库，河南 许昌 ４６１０００）
摘要：设计了一套基于ＳＩＭ９００的无线传输粮仓风机自动控制监测系统，能随时随地了解风机的各种运行参数及仓房内部温湿度情况。当出现异常情况时，能随时上报并控制风机运行状态，保证风机的安全运行。设计提高了风机运行的可靠性，降低了劳动成本。
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关键词 ：粮仓；风机；ＳＩＭ９００；监测；远程控制
中图分类号：ＴＢ２１；ＴＮ８０６文献标识码：A文章编号：0439－８114（２０15）05－1212-04
ＤＯＩ：１０．１４０８８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ０４３９－８１１４．２０１５．０5．０47
收稿日期：２０１４－０５－１５
基金项目：河南省科技厅科技攻关项目（１２２１０２２１０４１８）；河南省教育厅科学技术研究重点项目（１２Ｂ４７０００７）；许昌学院校内科研基金项目
（２０１４０１４）
作者简介：罗书克（１９７６－），男，河南禹州人，讲师，硕士，主要从事电力电子与电力传动方面的教学和科研工作，（电话）１３８３７４４３９６９（电子信箱）
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大型粮仓在粮食存放过程中，需要时刻监测粮食内部温湿度的变化情况，当温湿度超过某一限制时，就要采取降温降湿措施。目前，大多用大型风机通过通风降温除湿，在风机通风过程中要时刻监测仓房内外部环境温湿度的变化情况以及风机的工作情况，需要工作人员２４ ｈ值守［１，２］。然而对于风机的工作情况很难从外观及工作状态上查看其好坏，经常会发生在值班人员面前出现风机被烧毁的现象，给工作带来了极大的不便。为了避免这种现象的发生，降低工作人员劳动强度，设计了一种远距离无线传输风机自动控制监测系统，该系统可以实时检测到风机的内部工作状况和粮仓内外的温湿度，并可以远程控制风机的工作与停止。
１ 风机主电路结构
风机运行主电路结构如图１所示。图１中，ＫＭ为接触器，Ｊ１、Ｊ２为控制板上的控制继电器。当温湿度监测装置检测到仓房内部温湿度高于设定的上限时，则控制电路使继电器Ｊ１闭合，接触器ＫＭ线圈带电吸合，ＫＭ常开触点闭合形成自保持，风机一直处于运行状态；当控制电路检测到风机过负荷、堵转、接地等故障发生时，则控制继电器Ｊ２断开，接触器线圈失电，风机停止运行。
２ 风机控制电路
风机控制电路如图２。控制电路中，由ＳＴＨ２１温湿度传感器在线检测仓房内外环境温湿度，并把此温湿度通过无线接发模块ＳＩＭ９００定时发送到仓房管理人员手机上，仓房管理人员接收到温湿度信息后，根据仓房储存物内部温湿度情况判断是否启动风机。如果需要启动风机，则仓房管理人员通过手机下发启动风机指令，当风机控制系统接收到该启动指令后，控制系统通过驱动电路ＵＬＮ２００３驱动继电器Ｊ１闭合，则风机启动［３］。风机启动后，为了保证风机运行的安全性，控制系统实时检测风机的端电压、输入风机的电流大小和三相平衡情况，并把该信息通过无线接发模块ＳＩＭ９００定时发送至仓房管理人员手机上，如果电压或电流出现异常情况，或者三相出现严重的不平衡时，仓房管理人员即可通过手机下发风机停止运行指令，当控制系统接收到停止运行指令后，就会驱动继电器Ｊ２的常闭触点断开，则风机停止运行，等待维修人员检修［４，５］。在风机通风过程中，控制系统仍然会把仓房内外部的温湿度信息发送至管理人员手机上，仓房管理人员可以根据温湿度的变化情况决定是否停止风机的运行。
除了控制系统可以把监测信息无线发送至仓房管理人员外，控制系统本身也可以根据检测到的温湿度信息自动控制风机的起停。控制系统自动控制风机起停的门限可以通过人机接口进行设定，当温度或湿度高于设定的启动门限时，就控制风机启动；当温度或湿度低于设定的启动门限时，则控制风机停止通风。
２．１ 电压电流信号采集电路
由于采集信号为交流电流信号，而一般的ＡＤ转换只能采集正电压，对于负电压无法转换，因此在信号采集过程中，需要把采集到的交流电流信号转换为直流信号。如果采用常用的桥式整流电路，由于前端电流信号转换为电压信号后的幅值比较低，桥式整流电路存在很大的死区，造成误差非常大。因此，必须采用精密型整流电路［６］。其采集电路结构如图３所示。
图３中，由Ａ１组成的为半波精密整流电路，由Ａ２组成的为反相求和电路，在前级Ａ１组成的半波精密整流电路中，当Ｕｉ＞０时，ＵO＝－ＫＵｉ（Ｋ＞０）；当 Ｕｉ＜０时，ＵO＝０。
若利用反相求和电路将－ＫＵｉ与Ｕｉ 负半周波形相加，就可实现全波整流。分析后级Ａ２所组成的反相求和运算电路可知，当Ｕｉ＞０时，ＵOｌ＝－２Ｕｉ，ＵO＝－（－２Ｕｉ＋Ｕｉ）＝Ｕｉ；当Ｕｉ＜０时，ＵOｌ＝０，ＵO＝－Ｕｉ。故图３也称为绝对值电路。
当输入电压为正弦波时，电路输出波形为一条水平直线（图４）。由于电路中输出端有一滤波电容Ｃ，所以输出电压为一平直直线。同时当输入正弦波的幅值改变时，输出直流波形的幅值也跟着上升或下降。因此，该电路能很好地跟随输入电压的变化而变化，且不存在整流死区问题。
２．２ 无线收发模块电路
无线收发模块与单片机的接口电路通过ＲＳ２３２进行连接，无线模块芯片采用ＳＩＭ９００模块。其连接控制电路如图５。图５中，单片机通过ＲＳ２３２接口与ＭＡＸ２３２芯片连接，起到电平转换作用，然后与ＳＩＭ９００芯片通过ＴＸＯＵＴ、ＲＸＯＵＴ接口连接进行数据交换，ＳＩＭ９００与ＧＳＭ卡通过三条数据线ＲＳＴ、ＣＬＫ、ＩＯ连接在一起。整个系统中，单片机把采集到的信息定时通过ＧＳＭ卡上传至仓储运行人员，当单片机检测到有异常信息时，会实时上传该信息［７，８］。同时运行人员也可以通过ＧＳＭ卡下发命令控制风机的运行。
３ 风机监测系统软件设计
风机监测系统实时监测风机运行状况和仓房内部温湿度信息，定时上传监测到的各种运行信息、运行异常情况并实时接收上位机下发的各种运行指令，系统整体流程如图６所示。
定时上传信息和接收指令分别放在了定时中断和串口中断中［９］。其程序源代码如下所示：
如定时把信息发送到手机号码１３７８８８８８８８８，其在程序中的定义编号为１，则定时中断０上传信息源代码：
４ 小结
设计的粮仓无线通风自动监测系统能实时监测风机运行状况及仓房内部温湿度情况，运行维护人员可随时随地了解通风现场的运行情况，根据运行过程中出现的各种异常状况无线远程控制风机运行状态，运行维护成本低，大大降低了工作人员的劳动强度，提高了风机运行的可靠性。
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（责任编辑 王晓芳）