本发明公开了一种基于温湿度反演的在线粮食水分检测系统及其方法。它包括核心微控制器和温湿度检测单元，其中温湿度检测单元包括温度检测单元和湿度检测单元；核心微控制器包括温湿度数据采集处理单元、定时器单元、粮食平衡水分含量计算单元、温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元、粮食水分含量补偿计算单元、粮食水分含量历史数据存储单元和上位机通信接口单元。该系统可自动定时完成对粮堆内各个位置的粮食水分含量测定，无需人工采样检测，准确率高，可同时检测多个点位，填补了目前国内粮食水分智能化在线检测的空白。
1.一种基于温湿度反演的在线粮食水分检测系统，其特征在于，它包括核心微控制器、温湿度检测单元，该系统用于粮食储藏过程中粮堆的粮食水分含量的实时在线检测；所述的核心微控制器包括温湿度数据采集处理单元、定时器单元、粮食平衡水分含量计算单元、温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元、粮食水分含量补偿计算单元、粮食水分含量历史数据存储单元和上位机通信接口单元；粮食平衡水分含量计算单元依次与温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元、上位机通信接口单元相连，粮食平衡水分含量计算单元依次与粮食水分含量补偿计算单元、粮食水分含量历史数据存储单元和上位机通信接口单元相连，温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元与粮食水分含量补偿计算单元相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的温湿度检测单元的数量根据粮食堆放环境区域内的实际检测需求作增减。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的温湿度检测单元包括一个温度检测单元和一个湿度检测单元，通过有线或无线方式和核心微控制器相连。
4.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述的温湿度数据采集处理单元包括一个温度数据采集处理单元和一个湿度数据采集处理单元；温度数据采集处理单元和湿度数据采集处理单元将温湿度检测单元采集到的数字或模拟信号转化为实际的温度和湿度数据。
5.一种根据权利要求1所述的基于温湿度反演的在线粮食水分检测系统的检测方法，其特征在于，步骤如下：
1）程序初始化：当系统开始运行工作时，核心微控制器首先要经过程序初始化处理，包括温湿度数据采集处理单元中的校准曲线参数初始化、定时器单元计数清零、粮食平衡水分含量计算单元中计算参数初始化、温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元清空、粮食水分含量补偿计算单元中的参数初始化、粮食水分含量历史数据存储单元清空；
２）采样时间判断：如果所述的定时器单元没有达到定时采样时间，则继续等待；如果所述的定时器单元达到设定的定时采样时间，则进入步骤３）；
３）采集实时温湿度数据并储存：所述的温湿度数据采集处理单元开始采集温湿度检测单元检测到的数字或模拟信号，在完成温湿度数字或模拟信号采集后，温湿度数据采集处理单元根据其内部设置好的校准曲线参数，将采集到的数字或模拟信号转化为实际温度和湿度数据，输出给粮食平衡水分含量计算单元，并将温度数据和湿度数据保存在温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元中；
４）计算当前湿温度下的平衡水分含量：所述的粮食平衡水分含量计算单元会根据温湿度数据采集处理单元传输的温湿度数据，计算出当前温湿度条件下的温湿度检测单元所在位置的粮食平衡水分含量数值，输出给粮食水分含量补偿计算单元，并将粮食平衡水分含量数值存储在温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元中；
５）历史数据量是否满足粮食水分含量补偿运算：所述的粮食水分含量补偿计算单元会根据步骤3）和步骤４）中得出的温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据来判断是否满足粮食水分含量补偿计算的要求，包括考察温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元中的数据组数是否达到要求以及历史数据的时间跨度是否达到要求；如果未能满足补偿计算的要求，则返回到步骤２）；如果满足要求，则进入到步骤６）；
６）通过补偿运算，计算粮食水分含量：粮食水分含量补偿计算单元会根据温湿度历史数据和粮食平衡含水量历史数据对当前的粮堆内部温湿度检测单元所在位置的粮食平衡水分含量进行补偿运算；
７）存储到粮食水分含量数据：将步骤６）计算所得的粮食水分含量数值存储到粮食水分含量历史数据存储单元；
８）判断上位机是否需要将数据输出：如上端粮情监测系统或监控平台有读取数据的需要，则上位机通信接口单元会将存储在粮食水分含量历史数据存储单元中的数据以及温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元中对应的温湿度数据一起输出，然后再进入到步骤２）；如不需要，则直接进入到步骤２）。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述的粮食水分含量补偿计算是通过补偿环境温湿度变化对粮食最终达到粮食平衡水分含量这一过程的速率的影响来实现的。
一种基于温湿度反演的在线粮食水分检测系统及其方法
技术领域
[0001] 本发明涉及粮食储藏智能监控设备研制的技术领域，特别是一种基于温湿度反演的在线粮食水分检测系统及其方法。
背景技术
[0002] 粮食水分检测对粮食的收购、运输、储藏、加工贸易都具有十分重要的意义。水分过高浪费运力和仓容，促使粮油生命活动旺盛，容易引起粮食发热、霉变、生虫和其它生化变化。在我国，由于水分检测技术的不完善，每年有数百亿斤的粮食因水分含量过高在运输和储藏过程中霉烂变质，造成了巨大损失。而粮食水分过低，减少了粮食重量，影响粮食品质。因此，水分一直是粮食的一项重要质量指标。
[0003] 粮食的香味和酶活性最直接的反映就体现在粮食新鲜度上，而粮食的水分含量是影响粮食香味和酶活性的最主要因素之一。目前粮堆内的粮食水分检测尚未实现快速检测和自动控制，浅圆仓和平房仓等大型仓储粮堆的粮食水分检测通常采用抽样型检测仪器，如红外、卤素加热称重型仪器，无法达到连续在线检测和无人值守的运行，另外一些基于电容和微波等检测原理的在线仪器，结构复杂，成本均较高，无法在粮堆里密集布置。
发明内容
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于温湿度反演的在线粮食水分检测系统及其方法。
[0005] 一种基于粮堆内温湿度模型反演的在线粮食水分检测系统，它包括核心微控制器、温湿度检测单元，该系统用于粮食储藏过程中粮堆的粮食水分含量的实时在线检测。
[0006] 所述的温湿度检测单元的数量根据粮食堆放环境区域内的实际检测需求作增减。
[0007] 所述的温湿度检测单元包括一个温度检测单元和一个湿度检测单元，通过有线或无线方式和核心微控制器相连。
[0008] 所述的核心微控制器包括温湿度数据采集处理单元、定时器单元、粮食平衡水分含量计算单元、温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元、粮食水分含量补偿计算单元、粮食水分含量历史数据存储单元和上位机通信接口单元；粮食平衡水分含量计算单元依次与温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元、上位机通信接口单元相连，粮食平衡水分含量计算单元依次与粮食水分含量补偿计算单元、粮食水分含量历史数据存储单元和上位机通信接口单元相连，温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元与粮食水分含量补偿计算单元相连。
[0009] 所述的温湿度数据采集处理单元包括一个温度数据采集处理单元和一个湿度数据采集处理单元；温度数据采集处理单元和湿度数据采集处理单元将温湿度检测单元采集到的数字或模拟信号转化为实际的温度和湿度数据。
[0010] 一种基于温湿度反演的在线粮食水分检测系统的检测方法，步骤如下：
[0011] 1）程序初始化：当系统开始运行工作时，核心微控制器首先要经过程序初始化处理，包括温湿度数据采集处理单元中的校准曲线参数初始化、定时器单元计数清零、粮食平衡水分含量计算单元中计算参数初始化、温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元清空、粮食水分含量补偿计算单元中的参数初始化、粮食水分含量历史数据存储单元清空；
[0012] ２）采样时间判断：如果所述的定时器单元没有达到定时采样时间，则继续等待；如果所述的定时器单元达到设定的定时采样时间，则进入步骤３）；
[0013] ３）采集实时温湿度数据并储存：所述的温湿度数据采集处理单元开始采集温湿度检测单元检测到的数字或模拟信号，在完成温湿度数字或模拟信号采集后，温湿度数据采集处理单元根据其内部设置好的校准曲线参数，将采集到的数字或模拟信号转化为实际温度和湿度数据，输出给粮食平衡水分含量计算单元，并将温度数据和湿度数据保存在温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元中；
[0014] ４）计算当前湿温度下的平衡水分含量：所述的粮食平衡水分含量计算单元会根据温湿度数据采集处理单元传输的温湿度数据，计算出当前温湿度条件下的温湿度检测单元所在位置的粮食平衡水分含量数值，输出给粮食水分含量补偿计算单元，并将粮食平衡水分含量数值存储在温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元中；
[0015] ５）历史数据量是否满足粮食水分含量补偿运算：所述的粮食水分含量补偿计算单元会根据步骤3）和步骤４）中得出的温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据来判断是否满足粮食水分含量补偿计算的要求，包括考察温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元中的数据组数是否达到要求以及历史数据的时间跨度是否达到要求；如果未能满足补偿计算的要求，则返回到步骤２）；如果满足要求，则进入到步骤６）；
[0016] ６）通过补偿运算，计算粮食水分含量：粮食水分含量补偿计算单元会根据温湿度历史数据和粮食平衡含水量历史数据对当前的粮堆内部温湿度检测单元所在位置的粮食平衡水分含量进行补偿运算；
[0017] ７）存储到粮食水分含量数据：将步骤６）计算所得的粮食水分含量数值存储到粮食水分含量历史数据存储单元；
[0018] ８）判断上位机是否需要将数据输出：如上端粮情监测系统或监控平台有读取数据的需要，则上位机通信接口单元会将存储在粮食水分含量历史数据存储单元中的数据以及温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元中对应的温湿度数据一起输出，然后再进入到步骤２）；如不需要，则直接进入到步骤２）。
[0019] 所述的粮食水分含量补偿计算是通过补偿环境温湿度变化对粮食最终达到粮食平衡水分含量这一过程的速率的影响来实现的。
[0020] 本发明的有益效果：本发明公开的系统操作简便，只需事先根据检测需求，在粮堆中各个检测点位埋入温湿度检测单元，在取得一定时间积累的历史数据后，即可得出粮堆内部的粮食水分含量。无需人工取样，减少人力成本，且实现了粮堆内部水分含量的在线实时监测。同时，本系统可处理多组温湿度检测单元的数据，可实现对粮堆内部不同位置的多点监测，该项技术的公开填补了目前粮食水分智能化在线检测的空白。本发明的方法可靠性强，具有大规模应用前景。
附图说明
[0021] 附图1是以四个温湿度检测单元为例的一种基于粮堆内温湿度模型反演的在线粮食水分检测系统结构示意图。
[0022] 附图2是温湿度反演的在线粮食水分检测其方法流程图。
[0023] 图中，一号温湿度检测单元1、一号温度检测单元2、一号湿度检测单元3、二号温湿度检测单元4、二号温度检测单元5、二号湿度检测单元6、三号温湿度检测单元7、三号温度检测单元8、三号湿度检测单元9、四号温湿度检测单元10、四号温度检测单元11、四号湿度检测单元12、核心微控制器13、定时器单元14、温湿度数据采集处理单元15、温度数据采集处理单元16、湿度数据采集处理单元17、粮食平衡水分含量计算单元18、温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元19、粮食水分含量补偿计算单元20、粮食水分含量历史数据存储单元21、上位机通信接口单元22。
具体实施方式
[0024] 如附图1所示，以四个温湿度检测单元为例，一号温湿度检测单元1包括一号温度检测单元2和一号湿度检测单元3，一号温度检测单元2负责采集一号点位的温度数字或模拟信号，一号湿度检测单元3负责采集一号点位的湿度数字或模拟信号；二号温湿度检测单元4包括二号温度检测单元5和二号湿度检测单元6，二号温度检测单元5负责采集二号点位的温度数字或模拟信号，二号湿度检测单元6负责采集二号点位的湿度数字或模拟信号；三号温湿度检测单元7包括三号温度检测单元8和三号湿度检测单元9，三号温度检测单元8负责采集三号点位的温度数字或模拟信号，三号湿度检测单元9负责采集三号点位的湿度数字或模拟信号；四号温湿度检测单元10包括四号温度检测单元11和四号湿度检测单元12，四号温度检测单元11负责采集四号点位的温度数字或模拟信号，四号湿度检测单元12负责采集四号点位的湿度数字或模拟信号。
[0025] 一号温湿度检测单元1、二号温湿度检测单元4、三号温湿度检测单元7、四号温湿度检测单元10分布在粮堆的四个不同位置，当温湿度检测单元采集到温湿度数字或模拟信号后传输给核心微控制器13中的温湿度数据采集处理单元15，核心控制器一般置于粮堆外部，便于管理和数据传输。温湿度数据采集处理单元15受定时器单元14控制，当定时器单元14在达到设定的定时采样时间后自动传输信号给温湿度数据采集处理单元15，温湿度数据采集处理单元15随即开始采集各个温湿度检测单元检测到的数字或模拟信号。温湿度数据采集处理单元15包括温度数据采集处理单元16和湿度数据采集处理单元17；
温度数据采集处理单元16和湿度数据采集处理单元17能根据设置好的校准曲线参数，将埋于粮堆内部的各个温湿度检测单元采集到的数字或模拟信号转化为实际的温度和湿度数据。
[0026] 温湿度数据采集处理单元15处理得到的温度和湿度数据进一步传输给粮食平衡水分含量计算单元18，并储存在温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元19中。粮食平衡水分含量计算单元18会根据温湿度数据采集处理单元15得到的温湿度数据，计算出当前温湿度条件下的温湿度检测单元所在位置的粮食平衡水分含量数值，输出给粮食水分含量补偿计算单元20，并存储在温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元19中。所述的粮食平衡水分含量是指粮食经过一定时间的积累，暴露在特定环境中的最终含水量。不同的谷物在不同的成熟度下，其平衡水分含量与所在环境的温度和湿度形成一定关系。本领域技术人员可以通过统计方法或者建模方法得到特定的关系。
[0027] 粮食水分含量补偿计算单元20根据储在温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元19中的温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据来判断是否满足粮食水分含量补偿计算的要求，包括考察温湿度历史数据和粮食平衡水分含量历史数据存储单元中的数据组数是否达到要求以及历史数据的时间跨度是否达到要求；如果未能满足补偿计算的要求，则重复上述温湿度数据采集处理和粮食平衡水分含量计算的步骤，如果满足要求，则粮食水分含量补偿计算单元20会根据温湿度历史数据和粮食平衡含水量历史数据对当前的粮堆内部温湿度检测单元所在位置的粮食水分含量进行补偿运算，并将计算所得的数据存储到粮食水分含量历史数据存储单元21。
[0028] 最终，系统程序会自动判断是否需要将数据输出，如需要，则粮食水分含量历史数据存储单元21中的数据通过上位机通信接口单元22输出至上位机，如果上位机不要求上传数据，则程序直接跳转执行上述新一轮步骤。流程图见附图2。
