一種基于專家系統(tǒng)的智能環(huán)控軟件設計

朱秋君 李臻 曹泓

摘要：設計了一種基于專家系統(tǒng)的智能環(huán)控軟件，可以根據(jù)獲取的糧情數(shù)據(jù)，將散糧運輸車車廂內(nèi)糧食的溫度和水分控制在一定范圍內(nèi)。該軟件引入了專家系統(tǒng)，不但可以提高系統(tǒng)的推理判斷和應變能力，還可以提高通風決策的智能化水平。通過試驗驗證，該軟件的功能性符合設計要求，為智能散糧運輸車管理系統(tǒng)的設計開發(fā)奠定了基礎。

關鍵詞：專家系統(tǒng);智能環(huán)控;軟件設計

0 引言

智能散糧運輸車管理系統(tǒng)是為了更好地保障運輸中糧食的安全而開發(fā)的智能測控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是集糧情檢測、智能分析決策和通風控制于一體的智能測控系統(tǒng)，使用數(shù)據(jù)采集器實時獲取車廂內(nèi)的糧食溫度和水分、空氣溫度以及車廂外的大氣溫度和濕度，智能環(huán)控軟件根據(jù)獲取的糧情數(shù)據(jù)來控制通風裝置降溫降水，控制車廂內(nèi)糧食的溫度和水分在適宜儲存的范圍內(nèi)。

1 智能環(huán)控軟件設計原理

智能環(huán)控軟件的設計原理如圖1所示，主要包括5個流程：

（1）軟件首先從數(shù)據(jù)庫中提取車廂內(nèi)各傳感器檢測到的糧食溫度和水分數(shù)據(jù)以及當前空調(diào)和通風窗的狀態(tài);

（2）根據(jù)糧情數(shù)據(jù)，軟件計算出糧食的平均溫度、平均水分、溫度梯度、RH1（糧堆溫度下空氣相對濕度）和RH2（糧堆的平衡相對濕度）等參數(shù);

（3）調(diào)用知識庫，通過推理機推理獲得針對當前糧情的通風類型和預估通風時間，并判斷當前糧情是否存在超標情況，如果是，則啟動糧情超標報警機制;

（4）根據(jù)推理獲得的通風策略和當前通風裝置的狀態(tài)，確定當前的通風控制措施，當判斷完成通風目標時，將本次通風過程中的通風策略和通風完成效果保存到事實庫列表中;

（5）最后將確定的通風控制結果保存到數(shù)據(jù)庫表中傳送給智能終端，退出軟件。

2 智能環(huán)控軟件設計

2.1 ? ?專家系統(tǒng)設計

專家系統(tǒng)是一個智能程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個領域專家水平的知識和經(jīng)驗，能夠利用專家的知識和解決問題的方法來處理該領域問題。知識庫和推理機是專家系統(tǒng)的核心，因此，專家系統(tǒng)可以抽象表示為專家系統(tǒng)=知識庫+推理機，但是隨著系統(tǒng)的不斷完善，其還包括知識獲取部分、人機接口、解釋機制和全局數(shù)據(jù)庫等。圖2為智能環(huán)控軟件專家系統(tǒng)的工作原理。

2.2 ? ?知識庫維護工作流程設計

知識庫用于存儲某些領域專家系統(tǒng)的專業(yè)知識，包括事實、可行操作和規(guī)則等。知識庫的維護功能是：根據(jù)智能終端發(fā)送的知識庫維護指令，可通過手動輸入的方法插入新的規(guī)則條目;可以刪除規(guī)則庫中不再需要的規(guī)則條目;可以對通過試驗獲得的事實庫中數(shù)據(jù)進行修改，編輯后作為新的規(guī)則加入到規(guī)則庫中，從而實現(xiàn)維護知識庫的真實性的目的。

2.3 ? ?推理機流程設計

本系統(tǒng)的專家系統(tǒng)采用正向推理機制，從已知的糧情事實數(shù)據(jù)出發(fā)，推理得到正確的通風結論。規(guī)則庫在推理機制運行前保存在數(shù)據(jù)庫中，當推理機啟動時，將規(guī)則庫數(shù)據(jù)讀出，此時規(guī)則對象指針開始指向第一條規(guī)則，然后根據(jù)糧情，逐條與規(guī)則條件和相關算法運算進行比較后，最終獲得同當前糧情所匹配的規(guī)則進行推理，作為最終結論;不匹配的無適用規(guī)則將被刪除，并將刪除的出錯信息保存到故障表中。

3 試驗驗證

智能環(huán)控軟件開發(fā)完成后，為確保軟件能準確、高效、實時地控制輸出，開展了試驗驗證工作。試驗工作內(nèi)容包括數(shù)據(jù)庫讀取、運糧倉溫度控制、運糧倉濕度控制和數(shù)據(jù)庫寫入等。

試驗考核對象主要包括溫度控制和濕度控制兩個方面：

（1）在智能化散糧車各模塊正常工作的情況下，測試智能環(huán)控軟件溫度控制的準確性、實時性，試驗通風/降溫設備的控制操作是否正確，并記錄不同情況下達到溫度控制效果所花費的時間等。

（2）在智能化散糧車各模塊正常工作的情況下，測試智能環(huán)控軟件濕度控制的準確性、實時性，試驗通風/降濕設備的控制操作是否正確，并記錄不同情況下達到水分控制效果所花費的時間等。

在不同的季節(jié)、溫度和天氣等外部條件下，對該系統(tǒng)的功能和控制精度進行了大量的測試試驗，并從運糧倉溫濕度控制試驗數(shù)據(jù)中，抽取了一天的溫濕度實時數(shù)據(jù)，畫出了運糧倉溫度和濕度在該系統(tǒng)控制下的變化曲線，如圖3、圖4所示。試驗結果表明，該系統(tǒng)可實現(xiàn)將運糧倉溫度和濕度控制在一定目標溫度和濕度下的目的，并可以滿足溫度精度控制指標（±2 ℃）和濕度精度控制指標（±10%）。

4 結語

本文設計并實現(xiàn)了一種基于專家系統(tǒng)的智能環(huán)控軟件，可以對車廂內(nèi)的溫濕度進行控制，通過實際試驗，驗證了該軟件的功能性符合設計要求，為后續(xù)智能散糧運輸車管理系統(tǒng)的設計開發(fā)奠定了基礎。隨著應用范圍的擴大和技術的發(fā)展，智能環(huán)控軟件后續(xù)還可以增加對其他環(huán)境要素的控制。

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收稿日期：2020-05-07

作者簡介：朱秋君（1986—），女，河南扶溝人，工程師，研究方向：軟件開發(fā)。