基于GPRS技术的烤烟房远程温湿度控制系统设计

何 雪

(贵州理工学院工程训练中心，贵州 贵阳 550003)

0 引言

烟叶烘烤是烟叶生产至关重要的一个环节，烤烟烘房则是这一环节最为核心的设备[1]。近年来，针对燃煤密集型烤房的弊端，科研人员开始研发出空气源热泵式烤烟烘房，将热泵技术应用于烟叶烘烤，随着对热泵技术不断深入研究，热泵式烤烟烘房的应用逐渐得到了推广[2-4]，基本结构如图1所示。目前热泵式烤房的温湿度控制多采用半自控方式，此种方式需要人为现场干预，容易导致因人而异的烘烤结果，且劳动投入较大[5]。远程温湿度控制系统的开发对减少烟民的劳动投入、增加烟民收入均具有重要意义。

图1 空气源热泵式烤房结构

1 系统硬件设计

在传统的半自控方式基础上，加入远程控制模块，如图2所示，建立烟叶烘烤远程控制端，实现对空气源热泵式烤烟烘房内温湿度的远程控制。

图2 烤房控制系统模块连接图

1.1 数据采集模块

为了能很好的掌握烤房内温湿度情况，在烤房装烟室的上下棚均需安装干湿球温度传感器，干球温度传感器用于采集烤房内实时温度，湿球温度传感器(即在干球温度传感器下方包裹湿润的透水纱布，纱布下方浸润在盛有蒸馏水的水壶内)用于采集烤房内实时湿度，其结构形式如下图3所示。

上下棚温湿度传感器通过一根总线与数据处理模块通信，其连接方式如图4所示。

(a)温度传感器；(b)湿度传感器图3 温湿度信号采集模块

图4 烤房内温度传感器芯片连接电路

1.2 数据处理模块

数据处理模块选用PLC，用于处理温湿度传感器所采集到的温湿度数据，并根据其内置的烟叶烘烤曲线对执行机构发出相应命令，从而实现对烤房内温湿度进行调整，其线路连接如图5所示。

图5 主控板接线图

1.3 远程控制模块

采用GPRS模块作为烤房数据的远程控制模块，一方面通过GSM与烤烟技术人员的移动终端(手机或平板)进行通信，一方面通过GPRS与远程监控端(控制中心)实现通信，其工作原理图如图6所示。

图6 远程控制模块工作原理图

2 远程控制端设计

系统以PC机作为远程监控端，在组态王6.55上位机软件开发平台上进行功能开发。过程包括外部设备定义、上位机软件工程变量的添加和上位机控制软件界面设计。可实现的功能有：烘烤状态监测显示、烘烤过程远程控制、烘烤数据查询、报警等功能。

(1)烘烤状态监测显示

该功能能将烘烤曲线、当前烤房烘烤状态等内容实时地显示在远程监控端的PC机主控制界面上。

(2)烘烤过程远程控制

在远程控制界面上，根据当前烘烤曲线与设定烘烤曲线的对比，可实现开停机操作，风机启停、排风口启闭手动操作，或修改烘烤参数以保证烟叶的烘烤品质。

(3)烘烤数据查询

组态王具有数据自动记录的功能，包括烘烤数据和相关操作事件的记录，这些数据被记录在组态王的数据库中，方便后期的查询和使用。

(4)报警功能

组态王还具备自动报警的功能，系统出现任何异常情况，它将自动记录相关异常数据并向用户发送报警信息。

2.1 外部设备定义

外部设备定义在组态王工程管理界面完成，首先需新建一个工程项目，并命名，然后将烤房相关的外部硬件设备添加到该新建项目的工程浏览器中。组态王与外部设备之间需要中间通信设备进行连接，系统以OPC服务器作为中间通信设备，遵循OPC通讯协议，通过GRMOpcMgr上位机软件实现OPC服务器的查看，具体查看方式如下图7所示。

图7 外部设备具体参数设置

2.2 上位机软件工程变量的添加

组态王中变量类型分为内存变量和I/O变量两种。单个空气源热泵式烤房就有79个I/O变量，上下棚干湿球设定温度、当前温控位置等，每个变量有其固定的ID，如图8所示，分别建立各工程变量。

图8 新建工程变量

2.3 上位机软件界面设计

要在上位机上实现对烤房的最终监控，还需将建立的变量与画面关联起来。根据系统控制的需求，共建立了17个画面，如图9所示，包括主界面、修改阶段参数、系统参数统计等。

图9 开发界面

(1)主界面

烤房温湿度远程控制主界面设计如图10所示。

图10 烤房温湿度远程控制主界面

主界面主要用于整个管理系统的登录，仅具有一定管理权限的用户才能登入，从而对烤房当前的烘烤情况进行查看和控制。控制界面包括：用户登录、用户退出、重启电脑和关闭系统。

(2)控制界面

如图10所示，控制界面是实现烤房温湿度远程控制系统的关键，通过此界面用户可实现对烤房实时烘烤情况的查看、对烘烤数据进行相应调整等操作。

图11 控制界面

4 结语

文章所设计的空气源热泵式烤烟烘房远程温湿度控制系统目前已在贵州省毕节地区得到运用，虽然实现了烟叶烘烤过程温湿度的远程控制，但却未将烟叶的性状变化考虑其中，不能完全保证烟叶的烘烤质量，需要进一步将烟叶烘烤过程中烟叶的图像采集纳入系统。