手機APP 控制的糧食烘干機系統(tǒng)及測試

江蘇省農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站 卞兆娟 楊浩勇 夏利利

江蘇省農(nóng)機化服務(wù)站 孫雪萍

糧食收獲后含水率較高，部分達35%以上，自然晾曬需要時間長，且晾曬過程中容易發(fā)霉變質(zhì)。糧食烘干機的使用，大大加快了糧食的烘干過程，特別是在糧食豐收的時節(jié)，烘干機需要24 小時不間斷工作。隨著智能化的逐漸普及，糧食烘干機的控制系統(tǒng)也進入了智能化時代，因此，本文提出了一種可以移動、遠程控制的糧食烘干機監(jiān)控系統(tǒng)方案，通過手機APP 軟件可實現(xiàn)遠程操控烘干機的進糧、干燥、循環(huán)、排糧等功能，并實時監(jiān)控烘干數(shù)據(jù)，降低人工操作控制出錯的概率，提高了糧食烘干機的自動化程度。

一、糧食烘干機系統(tǒng)的總體設(shè)計

1.技術(shù)要求。根據(jù)糧食烘干機的工作機理及參數(shù)特點，梳理出系統(tǒng)的功能需求為：

1）工況設(shè)定功能。靈活設(shè)置烘干機的工況參數(shù)，主要是對糧食含水率的設(shè)定；

2）采集與存儲功能。對糧食溫度、熱風溫度、環(huán)境溫濕度、糧食水分等重要參數(shù)可實現(xiàn)采集、存儲與監(jiān)測；

3）自動報警功能。在運行過程中，出現(xiàn)故障或異常時，能夠?qū)崿F(xiàn)自動報警與保護，解放部分勞動力；

4）實現(xiàn)手機APP 端與糧食烘干機控制系統(tǒng)之間的通訊。

2.總體結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)以STM32F103ZET6 為核心控制器，外圍電路模塊包括：

（1）藍牙通訊電路。該模塊負責手機APP 與控制器之間的通訊。

（2）溫濕度檢測電路。負責采集烘干過程中各溫濕度、水分。

（3）繼電器驅(qū)動電路。負責驅(qū)動烘干機中各個電機的啟停。

（4）EEPROM 故障存儲電路。當運行出現(xiàn)故障時，能夠進行記錄。

二、糧食烘干機系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。糧食烘干機系統(tǒng)主要包括控制器、藍牙模塊、電磁繼電器、數(shù)據(jù)采集電路、報警器。目前市面上的單片機有很多，比如最常見的51 單片機、MSP40 單片機、STM32 單片機等。本系統(tǒng)以STM32 單片機為核心，該芯片采用標準ARM 架構(gòu)，外設(shè)豐富，具有低功耗、低成本、高性能的優(yōu)點。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

2. 溫濕度檢測電路。采用輸出信號為4-20mA的溫濕度傳感器，設(shè)計溫濕度電流信號的調(diào)理電路，如圖2 所示。選用型號LM158 系統(tǒng)運放，具有兼容性強，低功耗的優(yōu)點。負載電阻選取為150Ω，信號經(jīng)過RC 低通濾波后送入至STM32 的ADC 通道，可使輸出電壓在3V 以內(nèi)。

圖2 溫濕度調(diào)理電路

3.驅(qū)動電路。PS9505 是一款具有高的共模瞬態(tài)免疫、高輸出電流和快速轉(zhuǎn)換時間的光耦芯片，其內(nèi)部在輸入端安裝1 個GaAlAs LED，在輸出端安裝1 個集成了光電二極管的接收器，從而實現(xiàn)輸入側(cè)和輸出側(cè)的信號隔離。繼電器驅(qū)動電路如圖3所示，MOS 管的型號為IRFR024NTRPBF。當光耦芯片輸出為高電平時，24V 直流電能夠通過穩(wěn)壓二極管Z1 和限流電阻R79 構(gòu)成回路。限流電阻R79選擇665Ω 可以保證穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時處于額定電流工作狀態(tài)同時不會燒毀電路。

圖3 繼電器驅(qū)動電路

4.通訊電路。HC-05 是一款高性能的主從一體藍牙串口芯片，可以同各種帶藍牙功能的手機、藍牙主機、電腦、PDA 和PSP 等智能終端配對，該模塊支持非常寬的波特率范圍，可以兼容5V 或3.3V 單片機系統(tǒng)，使用非常靈活、方便，其通訊電路如圖4 所示。

圖4 藍牙通訊電路

三、軟件設(shè)計

1.系統(tǒng)信息架構(gòu)設(shè)計。信息架構(gòu)（Information Architecture，簡稱 IA）的概念源自數(shù)據(jù)庫設(shè)計領(lǐng)域，由美國建筑師沃爾曼理查德·所羅·烏曼首次提出，是組織信息和設(shè)計信息環(huán)境、信息空間和信息體系結(jié)構(gòu)的一門科學和藝術(shù)，其核心思想是讓信息易于訪問和理解。信息架構(gòu)是APP 設(shè)計過程中的一個重要環(huán)節(jié)，它描述了APP 的整體規(guī)劃和信息層次，決定了APP 的主要內(nèi)容和形式。在APP 的信息架構(gòu)設(shè)計中，根據(jù)設(shè)計要求，對APP 的功能進行設(shè)計，并將功能模塊通過架構(gòu)圖的形式表現(xiàn)出來。

在本文所述的基于糧食烘干機控制系統(tǒng)的專用手機APP上，可以實時接收安裝在糧食烘干機上的各類傳感器數(shù)據(jù)并顯示出來，也可通過上面的功能按鍵控制烘干機工作。因此，該手機APP 包括監(jiān)測模塊、控制模塊和注冊登錄模塊。其功能模塊框架如圖5 所示。

圖5 手機APP 功能模塊示意圖

（1）注冊模塊。在用戶注冊時，將用戶輸入的信息（賬號、手機號、密碼、姓名等）保存到數(shù)據(jù)庫中。具體實現(xiàn)時需要進行相應(yīng)的驗證，以確保用戶賬號不能相同，必填項的數(shù)據(jù)不能為空。若用戶名相同時提示用戶重新更換用戶名，如有必填項的數(shù)據(jù)未填時也會有提示，保證用戶填寫將必要的信息填寫完整。

（2）登陸模塊。將用戶在登陸界面輸入的信息保存并在數(shù)據(jù)庫中進行驗證，若有此人，則登陸成功，顯示主界面，否則登錄失敗。輸入信息有錯時，進行相應(yīng)的提示。

（3）監(jiān)測模塊：糧食通過進糧過程進入烘干機后，整個烘干過程開始。烘干機機體內(nèi)的熱風溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器、水分儀和糧食溫度傳感器采集到模擬量信號并傳輸至單片機，單片機匯集后由wifi 模塊傳遞至手機APP。保證客戶端可以實時查看糧食的溫度、烘干機進氣口溫度、出氣口溫度以及谷物水分。

（4）控制模塊。在手機APP 的控制界面上，有啟動、停止、送料、循環(huán)、干燥、排糧六個按鍵。按下某一按鍵，手機端便可向單片機發(fā)送相應(yīng)指令，控制烘干機進行相應(yīng)動作，保證用戶可以根據(jù)實時需要便捷的控制烘干進程。

2.數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。本文所述手機APP 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，采用Android 系統(tǒng)的SQLite 數(shù)據(jù)庫來儲存數(shù)據(jù)信息，包括登錄密碼、賬號信息等等。SQLite 數(shù)據(jù)庫在處理事務(wù)過程中是通過數(shù)據(jù)庫的獨占性與共享鎖來完成的。

3.APP 的視覺設(shè)計。

1）APP 界面設(shè)計風格簡約，圖標設(shè)計簡單，用戶一看就明白如何使用，背景設(shè)計簡化，為了突出APP 的功能菜單，APP 的背景簡潔樸素。

2）APP 的文字簡明扼要，符合用戶的使用需求。

3）APP 的色彩設(shè)計使用同類色，看起來比較柔和不會有刺眼感覺。

4）功能模塊簡單明了，集成度高，用戶可以在一個界面完成所有操控指令，也可以在一個界面查看全部烘干數(shù)據(jù)。

根據(jù)本糧食烘干機控制系統(tǒng)需求，設(shè)計出的手機APP 功能界面如圖6 所示。

圖6 手機APP 界面

四、系統(tǒng)測試

為驗證系統(tǒng)可靠性，選用南粳46 號稻谷為試驗樣品，在南京市高淳區(qū)禾田農(nóng)機服務(wù)專業(yè)合作社進行稻谷烘干試驗，試驗標準參照《GB/T 6970-2007 糧食干燥機試驗方法》，試驗現(xiàn)場如圖7 所示。

圖7 試驗現(xiàn)場圖

進行多次稻谷烘干試驗，圖8 為稻谷含水率隨時間的變化圖。干燥前期，稻谷含水率較高，降水速度明顯，干燥后期，稻谷失水較多，谷物內(nèi)自由水分較少，因此干燥速率降低。整個稻谷烘干過程，稻谷水份值的變化符合糧食干燥的規(guī)律。試驗結(jié)果表明，糧食烘干機控制系統(tǒng)能實時采集烘干數(shù)據(jù)，用戶可以通過手機APP 對系統(tǒng)實現(xiàn)控制。

圖8 含水率變化圖

五、總結(jié)

基于糧食烘干機的手機APP 系統(tǒng)是將移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、智能手機開發(fā)技術(shù)與糧食烘干機的有機結(jié)合。該系統(tǒng)能夠完成設(shè)計的功能，并且界面顯示正常，達到預(yù)期設(shè)計目的，滿足需求分析要求的效果。而且APP 界面風格簡約，易于使用，可以基本滿足用戶對烘干機遠程操縱的需求，具有一定的實用性和市場價值。