粮情检测系统中数据获取与分析预测方法的研究与实现

摘要

粮食是人类生存与发展的基础，粮食安全不仅关乎国家安全，而且关乎世界和平与稳定。因此，粮食的安全存储显得尤为重要。利用粮食安全检测系统能够获取粮食所处环境的料位、温度以及湿度等数据，为粮食的安全储藏提供了保障。随着信息化和工业化的深度融合，传统粮情检测系统的局限性日益凸显，如料位检测设备成本高、无线通信距离较短、数据处理终端便携性受限等。针对这些问题，利用ARM嵌入式技术、无线传输技术以及光电感应技术，对粮情检测系统中的数据获取与分析预测方法进行研究，并结合相关技术进行实现。该系统包括数据采集子系统、基于定向天线的无线传输子系统和数据处理终端。论文完成的主要工作概括如下:
　　(1)针对粮情数据采集过程中料位检测设备存在的抗干扰能力弱、成本高等问题，采用光敏电阻作为非接触开关使用，并在硬件和软件上采取可靠数据检测措施，设计了一种改进的数据采集子系统，其中重点对料位检测设备进行了设计，制定了设备的安装、布线、检测规则。同时该子系统能够在同一硬件基础上实现多点温度、湿度的快速、可靠检测，具有抗干扰能力强，兼容性好、长期工作稳定的优势。
　　(2)针对无线传输子系统中无线网络通信距离较短问题，采用定向Wi-Fi天线完成了一种基于定向天线的无线传输子系统设计。定向天线的引入使得系统无线通信距离增大，避免了中继模块的使用，并使用数据打包技术，从而大大减小了数据传输时延。根据粮仓的位置部署和规模大小，可动态调整定向天线的个数以满足粮仓现场的通信范围需求。
　　(3)针对传统数据处理终端的设计广泛采用桌面计算机系统而带来的便携性差、成本高、功耗大等问题，基于嵌入式开发平台，利用Qt图形界面开发软件设计了人机交互界面，并采用SQLite数据库完成数据的管理，实现了数据处理终端的设计，该数据处理终端能够实现粮情数据的汇聚、存储、显示、查询以及检测指令的下达，通过触摸屏显示界面可实时查看粮仓现场的环境参数。根据测得的大量历史数据，结合RBF神经网络实现对粮食温度变化趋势的预测，并将预测结果及时反馈给用户，以便用户提前采取应对措施，进一步保障了粮食的储藏安全。本文设计的移动数据处理终端为用户提供数据检测、分析等功能，使粮仓管理员更好的了解粮食的变化情况，进一步提升了粮食的科学化管理水平。该终端具有体积小、操作简便、使用灵活、成本低以及节能的优势。
　　综上所述，论文设计的粮情检测系统功能完善、运行稳定，解决了目前粮情检测系统中存在的问题，能够为粮食的安全储藏保驾护航，具有较强的推广和应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 料位检测研究现状

1．2．2 粮情检测系统中无线传输方案的研究现状

1．2．3 便携式数据处理终端研究现状

1．3 论文工作与结构安排

第二章 系统需求及开发平台概述

2．1 需求分析

2．2 系统总体框架

2．3 系统开发平台搭建

2．4 本章小结

第三章 数据采集子系统的改进及优化

3．2 料位检测模块设计

3．3 温湿度检测模块设计

3．4 软件设计

3．5 测试与分析

3．6 本章小结

第四章 基于定向天线的无线传输子系统

4．1 定向天线在无线传输子系统中的应用

4．1．1 定向天线管理模块设计

4．1．2 无线通信模块应用配置

4．2 测试与分析

4．3 本章小结

第五章 数据处理终端

5．1 硬件架构及软件功能

5．2 数据处理终端软件设计

5．2．1 数据库设计

5．2．2 数据处理

5．3 粮食温度变化趋势的预测

5．3．1 RBF神经网络概述及结构模型

5．3．2 RBF神经网络学习算法

5．3．3 基于RBF神经网络的粮食温度变化趋势预测

5．4 实际测试

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文