粮食干燥过程中关键信息指标计算方法和在线监测的研究

【摘要】“仓廪实，天下安”。粮食是安天下之本，是国民经济基础的基础。因此，粮食安全是关乎国计民生的大事。粮食干燥是粮食产后的首要环节，直接影响着粮食安全问题。粮食干燥主要通过干燥设备完成，粮食进入干燥机后，在各个阶段内温湿度、粮堆形态、仓容、重量以及容重、含水量等这些干燥过程中的关键信息指标基本上无法直接观察到，这就对粮食信息的监测与控制制造了盲区。本文通过大量的理论分析与试验结合，探究粮食干燥过程中关键信息指标的计算方法和在线监测，建立了仓容模型、基于容重的水分预测模型，开发了一套粮食信息在线监测系统，为干燥过程中粮食的数据监测和自动控制提供了新的手段。本文主要研究内容如下：（1）探究了现阶段国内外关于粮食干燥过程中数量信息和质量信息在线监测的研究现状，并分析了存在的不足。提出了将激光测距技术应用于干燥机内料位的测量，运用粮食干燥机仓容模型来描述数量信息，填补了国内外关于深仓仓容研究的空白；利用容重与水分的相关性实现水分在线检测的新方法。（2）探究了粮食干燥过程中数量信息的计算方法，开展了干燥机仓容的模拟与模型研究。运用几何关系分析了干燥机内料堆的形状及料堆截锥体的形成原理，提出了运用三点固定测量法和旋转扫描法测量干燥机的仓容。将SOLIDWORKS应用于仓容模拟实验，经试验数据分析得出，干燥机的有效仓容与偏心距有重要的关系，偏心距越大，有效仓容越小。并且得出，实际干燥机的设计要求方筒仓偏心距需要控制在机体长的1/5以内，圆筒仓需控制在半径的1/2以内，这个范围内仓容受偏心距影响较小。为了得出有效仓容的体积，引出了锥高的等效高度，最后通过SOLIDWORKS和MATLAB模拟、处理，得出了料堆体积的计算方法，建立了方筒仓和圆筒仓的仓容模型。在模型的建立中，分别得出了料位，偏心距，静止角等数量信息的计算方法。并将三点固定法得出的方筒仓仓容模型在实体干燥机上进行模型验证。（3）探究了粮食干燥过程中质量信息指标的计算方法，开展了基于容重的水分预测模型的研究。在干燥实验台上，分别进行了30℃、40℃、50℃、60℃时玉米容重随水分的变化规律试验。数据分析得出，容重随水分的变化主要分为三个阶段：骤升区、平稳区和缓降区。骤升区：含水率为26%~23%，容重随着含水率的降低快速升高；平稳区：含水率为23%~18%，容重随水分降低变化较小；缓降区：含水率为18%~14%，容重随水分减小而缓慢减小。通过MATALAB建立了水分、温度和容重的预测关系模型，运用LABVIEW编写模型运算程序。最后做验证模型实验，模型回归性较好（R2=0.9936）。（4）粮食干燥过程中信息在线监测系统的开发。监测系统主要分为硬件部分和软件系统部分。其中硬件包括温湿度传感器、称重传感器、激光测距传感器和云台，同时给传感器配套设计了激光器外壳，云台支架和称重机构。软件系统是利用虚拟仪器LABVIEW开发的。软件的设计实现了串行通信，传感器及云台的控制，数据的采集及存储，参数设定，数据的处理（模型程序的设计）以及对系统控制界面的设计。（5）在实践生产中测试系统。将开发的在线监测系统在实际干燥机5HSZ-R-10.0和5HSZ-R-50.0上实验，实验表明，监测系统具备对实际干燥过程中关键信息指标监测的应用条件。分别用极差法和3倍均方差法对水分在线监测值与实际水分值进行监测精度分析，其中极差法得到的精度范围为-0.222%~0.78%，3倍均方差法得到的精度范围为-0.142%~0.381%，虽然监测精度与国家标准要求的精度范围±0.5%还有一定的差距，但是利用容重来测水分依然为水分的在线监测提供了新的方向和思路。
【作者】崔何磊；
【导师】吴文福；
【作者基本信息】吉林大学，农业电气化与自动化，2014，硕士
【关键词】仓容模型；激光测距；在线监测；粮食干燥；水分检测；

【参考文献】
[1]杨红梅.基于图像处理的接触网支持及悬挂装置不良状态检测[D].西南交通大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[2]车巨清.美术教育对中学生情感培养的意义研究[D].河北师范大学,学科教学,2014,硕士.
[3]谢红梅.永州市柑橘幼林间种模式研究[D].中南林业科技大学,林业,2013,硕士.
[4]崔文会.Quasi-Geostrophic方程局部强解的爆破准则和全局强解的大时间性态[D].湘潭大学,基础数学,2012,硕士.
[5]沈聪.农村小额信贷现状分析[D].内蒙古农业大学,农村与区域发展,2013,硕士.
[6]赵燕林.粮食供应链信息共享价值研究[D].南京财经大学,企业管理,2012,硕士.
[7]樊程.基于SOA的服务动态扩展机制研究与实现[D].青岛大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[8]刘富胜.阿赖耶识缘起研究——以《成唯识论》为主[D].吉林大学,宗教学,2004,硕士.
[9]曹爽.当前我国民营中小企业融资问题研究[D].延安大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[10]罗国斌,蔡洪斌,郭飞.生物数据网格与药物发现研究[J].计算机时代,2005,12:1-2.
[11]倪冰.中国银行业金融电子化的发展策略[D].电子科技大学,2001.
[12]何晓刚.费米气体有限尺度效应的理论研究[D].中国石油大学（华东）,物理学,2012,硕士.
[13]王梦卜.专业化、多样化外部性对西部地区经济增长影响的研究[D].西北师范大学,区域经济学,2013,硕士.
[14]蒋茜.资本监管悖论与银行监管的市场纪律[D].浙江工商大学,金融学,2013,硕士.
[15]陈本竹.单片集成电路实现大功率开关稳压控制[J].电讯技术.1992(04)
[16]顾永强.不同取代聚噻吩衍生物的合成与表征[D].西安工业大学,材料加工工程,2014,硕士.
[17]关祎晨.公司董事注意义务研究[D].沈阳师范大学,民商法学,2014,硕士.
[18]郑贻文.钢琴曲《刘三姐主题幻想曲》的民族风格与音乐探析[D].西南大学,音乐（专业学位）,2014,硕士.
[19]杨红花.个体化视域下的农村基督教发展[D].华中师范大学,政治社会学,2014,硕士.
[20]宋震坤.痛风宁对痛风性关节炎滑膜细胞环氧化酶和细胞因子影响的实验研究[D].浙江中医学院,中医临床基础,2003,硕士.
[21]苏君鸿.嗜酸乳杆菌对健康及口蹄疫疫苗接种小鼠的免疫调节作用[D].中国农业科学院,预防兽医学,2014,博士.
[22]刘丹,闫长乐.协同创新网络结构与机理研究[J].管理世界,2013,12:1-4.
[23]南方.高中英语课堂互动的个案研究[D].华中师范大学,英语学科教学,2014,硕士.
[24]曹方,王伟.电渣重熔过程的建模及智能控制方法[J].控制与决策,2010,03:425-429.
[25]周三山.基于后缀树的P2P搜索技术研究[D].哈尔滨理工大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[26]孙璐艳.利用高炉渣开发中间包碱性覆盖剂的配方优化及工业试验[D].西安建筑科技大学,材料学,2013,硕士.
[27]张其成.中国融入国际体系的战略选择[D].南京师范大学,国际政治,2012,硕士.
[28]苏丹.农村寿险经营风险研究[D].中南林业科技大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[29]阚学通,何金生.人分泌性白细胞蛋白酶抑制剂在果蝇细胞中的稳定表达及鉴定[J].广西医学,2014,01:10-12.
[30]符晓瑞.张家界旅游目的地整合营销传播初探[D].西南交通大学,传播学,2013,硕士.
[31]赵静.水葫芦内生菌的分离纯化及其代谢产物的初步研究[D].青岛理工大学,环境工程,2013,硕士.
[32]胥永刚,孟志鹏,陆明.基于双树复小波包变换的滚动轴承故障诊断[J].农业工程学报,2013,10:49-56.
[33]王芳.金杯汽车股份有限公司国际竞争力研究[D].长春工业大学,国际贸易学,2013,硕士.
[34]曹萍.秦皇岛职业技术学院教师激励机制研究[D].燕山大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[35]孙明明.常规公交线网优化的数学模型构建及算法研究[D].长安大学,载运工具运用工程,2014,硕士.
[36]修远见.四硫富瓦烯衍生物及其金属配位聚合物合成、结构与性能研究[D].大连理工大学,化学工艺,2004,硕士.
[37]王标.网络口碑对网站特性与消费者信任关系的调节作用研究[D].哈尔滨工业大学,企业管理,2013,硕士.
[38]柴娟.香蕉microRNA及其靶基因的生物信息学预测与功能初步分析[D].海南大学,作物遗传育种,2013,硕士.
[39]纪瑞华.我国通用航空立法若干问题研究[D].内蒙古大学,法律,2014,硕士.
[40]李胜兰.泰汉植物熟语对比研究[D].广西民族大学,中国少数民族语言文学,2013,硕士.
[41]李珍玲.高中生物教学中实施生命教育的研究[D].苏州大学,教育（专业学位）,2014,硕士.
[42]陈武.基于自动控制算法的养殖场仔猪智能监护系统[D].杭州电子科技大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[43]邢晨.供电局电力决策支持系统研制[D].西安理工大学,2003.
[44]汪涛.以顾客资产为核心的企业多元化经营战略[J].管理评论,2005,05:46-52.
[45]阴知见.sp~3键合的金刚石与氮化硼多型第一性原理研究[D].燕山大学,材料物理与化学,2013,硕士.
[46]刘娜.氟比洛芬酯预防丙泊酚注射痛的临床研究及安全性评价[D].山西医科大学,麻醉学,2013,硕士.
[47]张啸辰.基于图像识别的油泵试验台油量检测系统的研发[D].上海工程技术大学,车辆工程,2013,硕士.
[48]翟茜茜.石墨烯/钛酸纳米管复合光催化剂的制备和性能研究[D].上海交通大学,2012.
[49]刘瑞菊.福州A甩挂站场平面布局及仿真研究[D].大连海事大学,物流工程,2014,硕士.
[50]刘晖.新时期广东大众期刊研究[D].北京印刷学院,2005.