基于物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)能型烤煙系統(tǒng)

江鳳蓮，魏龍華，張曉梅

（福建龍巖學(xué)院，福建　龍巖　364012）

基于物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)能型烤煙系統(tǒng)

江鳳蓮，魏龍華，張曉梅

（福建龍巖學(xué)院，福建龍巖364012）

為了提高烤煙的質(zhì)量,實現(xiàn)烤煙過程的智能化控制,達到節(jié)能，高效，減少人工成本，提高煙葉的成品質(zhì)量，增加煙農(nóng)收入的目的，設(shè)計了本款節(jié)能型智能烤煙控制系統(tǒng).系統(tǒng)采用自身設(shè)計的電路板的基礎(chǔ)上嵌入各種常規(guī)的芯片組，如ARM11，STC51單片機板和溫度、濕度、煙霧傳感器，由烤煙控制端、手機端和服務(wù)器三部分組成.結(jié)果表示，該系統(tǒng)能對煙葉烘烤過程分段時間的溫度、濕度、煙霧等實時精準監(jiān)測并顯示，同時可根據(jù)用戶設(shè)置的經(jīng)驗值智能實時地調(diào)節(jié)溫濕度和報警，只要超出我們設(shè)定的溫濕度范圍，立即啟動調(diào)節(jié)的動力裝置，調(diào)節(jié)到合適的溫濕度，保證不出現(xiàn)溫濕度大起大落的情況，使能耗方面達到節(jié)能的目的.

烤煙；傳感器；自設(shè)計電路板；節(jié)能型；智能系統(tǒng)

煙葉成熟采摘后，必須經(jīng)過烘烤加工之后方可成為工業(yè)用煙.當前的烤煙工藝如下：煙農(nóng)采摘好成熟的煙葉后，統(tǒng)一捆綁上架放進烤房，封門后進行烘烤，過程大概需要五天，期間要控制煙葉經(jīng)過變黃-定色-干筋的過程，而每個過程都有嚴格的溫濕度和保持時間的要求.這就要求煙農(nóng)全天候看守住烤房的煙葉，隨時觀察烤房內(nèi)的溫濕度的變化并作出相應(yīng)的調(diào)整，這樣人工長時間監(jiān)測，勞動強度大，操作規(guī)程復(fù)雜[1]，往往人為因素較大，稍不注意就有可能烤壞煙葉.隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，在生產(chǎn)中引入通過物聯(lián)網(wǎng)來控制各種生產(chǎn)變?yōu)榭赡?本系統(tǒng)主要針對煙葉烤制過程的智能化實時控制，達到節(jié)能，高效，減少人工成本，并且提高煙葉的成品質(zhì)量，從而增加煙農(nóng)收入的目的.

1　系統(tǒng)總體架構(gòu)及功能

本系統(tǒng)采用自身設(shè)計的電路板的基礎(chǔ)上嵌入各種常規(guī)的芯片組，如ARM9，STC51單片機板和各種傳感器,以單片機為核心的控制儀解決了傳統(tǒng)烤煙中烤房內(nèi)溫濕度分布不均勻等一系列問題,完全可以避免這些人為的因素，基本上實現(xiàn)烤煙過程中溫度、濕度的智能控制[2]，可以不需要煙農(nóng)全天候守住烤房，同時在溫度的控制上不會出現(xiàn)大起大落現(xiàn)象，能及時調(diào)節(jié)，進而達到節(jié)能的目的.

系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示，主要分為三部分：烤煙控制端、手機端和服務(wù)器.

圖1　系統(tǒng)構(gòu)架圖

2　系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1烤煙控制端

2.1.1烤煙控制端的示意圖如圖2所示：

圖2　烤煙控制端示意圖

2.1.2烤煙控制端程序流程如圖3所示：

2.1.3烤煙控制端的操作過程[3-5]

·傳感器信息采集：監(jiān)控端能夠從溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧報警器中讀取當前環(huán)境的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到手機端顯示和記錄.

·烤煙控制與異常報警：烤煙標準時間為120小時，在烤煙的過程中不同的時間段要求的環(huán)境（溫濕度）是不同的，而對烤煙過程中不同時刻的溫濕度要求是以配置文件的形式保存的，對于不同的烤煙環(huán)境可以通過更改其配置文件來實現(xiàn)相關(guān)變動.系統(tǒng)每一分鐘都從配置文件中讀取該時刻對應(yīng)所需要的環(huán)境數(shù)據(jù)，然后與從傳感器采集到的當前環(huán)境數(shù)據(jù)進行比較，若當前環(huán)境不滿足配置文件中定義的環(huán)境數(shù)據(jù)，則控制相關(guān)操作使當前環(huán)境達到定義的環(huán)境（如當前環(huán)境溫度過低，則控制打開熱源閘門，使環(huán)境溫度升高），如果在一定時間內(nèi)（一般在5-10分鐘）環(huán)境數(shù)據(jù)還達不到標準，則系統(tǒng)發(fā)出異常報警，報警分輕微、中度、嚴重三個等級，報警等級的判斷跟當前環(huán)境超標的程度和報警已持續(xù)的時間共同確定.此外，手機端也會收到報警，報警頻率為30秒一次.

·實時監(jiān)控視頻：當手機端連接時，若用戶想查看當前烤煙房里的情況，監(jiān)控端則會從攝像頭中讀取視頻數(shù)據(jù)，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到手機端顯示出來.

·遠程控制：手機端可以遠程對監(jiān)控端進行控制，控制包括視頻開關(guān)、環(huán)境調(diào)節(jié)、登錄退出、語音播報、重啟或關(guān)閉監(jiān)控端等操作.

·語音播報環(huán)境數(shù)據(jù)：監(jiān)控端收到手機端發(fā)送而來的語音播報的數(shù)據(jù)包之后，將當前環(huán)境的溫度以語音的形式播報出來.

2.2手機端

2.2.1手機端流程圖如圖4所示：

圖4　手機端工作流程圖

2.2.2手機端的操作過程

·程序登錄：程序打開時會檢測手機當前是否有可用的網(wǎng)絡(luò)，如果沒有可用網(wǎng)絡(luò)，則彈出提醒用戶跳轉(zhuǎn)到網(wǎng)絡(luò)設(shè)置界面的對話框，如果有網(wǎng)絡(luò)則不彈出該對話框；用戶要輸入正確的用戶名和密碼才能進入程序主界面，用戶名和密碼是在監(jiān)控端設(shè)定的.

·數(shù)據(jù)的保存和查看：手機端能夠查看實時的烤煙環(huán)境的溫濕度信息，并且能夠以文件的形式保存在手機上；也能夠以統(tǒng)計圖的形式顯示保存下來的信息.

·實時視頻與遠程控制：用戶通過手機客戶端能夠?qū)崟r查看烤煙房里的情況.用戶可以遠程控制監(jiān)控端的視頻開關(guān)，環(huán)境調(diào)節(jié)，語音播報，關(guān)閉和重啟等操作.當然這些遠程操作也可以通過語音來完成.

·數(shù)據(jù)異常：當環(huán)境數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，客戶端會收到一條由監(jiān)控端發(fā)來的警報消息通知，通知上會寫明是溫度、濕度、還是煙霧出現(xiàn)異常，和異常的等級，通知會持續(xù)到用戶響應(yīng)才停止響鈴.

2.2.3服務(wù)器端的操作過程[6]

服務(wù)器端主要功能就是把全市所有烤房的烘烤信息集中管理，提供查看，控制和大數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理功能.

·查看：可以觀看制定標號的烤房正在烤煙的各種狀態(tài)信息.

·控制：可以控制制定烤房烤煙各個階段的溫濕度情況

·大數(shù)據(jù)處理：通過云計算，結(jié)合各個烤房每次烤煙的各種信息，統(tǒng)計出煙葉烤得好的情況（煙農(nóng)手機端答卷式反饋）的綜合曲線圖，以供參考建議.

3　本系統(tǒng)的優(yōu)勢

在煙葉的烘烤過程中，不同品質(zhì)的，不同特色要求的煙葉，其烘烤的工藝參數(shù)值是不同的[1]，如福建煙葉：清香型香氣，吸味干凈，微有甜味，煙味很淡，地方性雜氣微有，刺激性較輕，燃燒性中等，灰色黑.如貴州煙葉：中間香型香氣，吸味干凈，煙味較濃，地方性雜氣較重，勁頭中等，有刺激性，燃燒性強，灰色白.本系統(tǒng)能夠根據(jù)具體的煙葉情況對烤制過程進行調(diào)節(jié)，保證烤制出適合各種質(zhì)地煙葉和各種地區(qū)煙葉的質(zhì)量要求，實用范圍較廣.能根據(jù)像福建煙葉等具體特點量身定制，在定色過程的溫濕度和時間上及時調(diào)節(jié)，可以達到滿意的效果.

4　結(jié)語

本設(shè)計采用自身設(shè)計的電路板的基礎(chǔ)上嵌入各種常規(guī)的芯片組，如ARM9，STC51單片機板和各種傳感器，實現(xiàn)了在烤煙過程中除濕及上色階段的溫度、濕度的智能化實時控制及預(yù)警，有效地實現(xiàn)了烤煙由粗獷型向粗細型、特色型過渡，從而達到節(jié)能，高效，減少人工成本，提高煙葉的成品質(zhì)量，增加煙農(nóng)收入的目的.

〔1〕徐增漢，何嘉歐，林北森.烤煙自動控溫強制排濕裝置的燒烤效應(yīng)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006,45(1):100-101.

〔2〕李增祥，李田澤，楊霞.基于單片機的智能烤煙控制系統(tǒng)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,50(2):395-396.

〔3〕李保江，馬超.中國煙草：“十五”回顧與“十一五”展望[J].中國煙草學(xué)報，2006，12(4)：3-7.

〔4〕王勝雷，陳順輝，吳祖仁,等.烤煙烘烤測控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].農(nóng)機化研究，2007，4(4)：73—75．

〔5〕李增祥，李田澤，楊霞,等.基于單片機的智能烤煙控制系統(tǒng)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2011，50(2)：395-397.

〔6〕聶思敏，孫向榮，吳坤,等.簡易智能烤煙房溫濕度監(jiān)測控制系統(tǒng)的研制[J].農(nóng)機化研究,2006(3)：81-85.

TP399

A

1673-260X（2016）09-0026-02

2016-05-09

龍巖學(xué)院教改項目(2014JY33)；龍巖市科技局科技項目(2014LY62)