無線傳感器可用于室外谷物堆

據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》報(bào)道，到今年年底，中國將有15萬個(gè)無線站點(diǎn)投入運(yùn)行（1億5G用戶），而美國只有1萬個(gè)。中國將有足夠的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，這將增加設(shè)備和基于云的數(shù)據(jù)收集、分析和決策支持之間可以傳輸和交換的數(shù)據(jù)量和速度。當(dāng)涉及到實(shí)時(shí)分析與數(shù)字圖像相關(guān)的大型數(shù)據(jù)文件時(shí)，這尤其重要，如自主的高容量實(shí)時(shí)谷物分級(jí)系統(tǒng)。

5G意味著任何機(jī)器、控制器、開關(guān)、傳感器和攝像頭都可以被遠(yuǎn)程監(jiān)控和激活，就像是在本地做出決策，但人工智能訪問基于云的大規(guī)模數(shù)據(jù)庫并在瞬間返回一個(gè)優(yōu)化的決策，這是有價(jià)值的附加好處。這種潛力使得無線監(jiān)測和管理我們行業(yè)中的儲(chǔ)存谷物質(zhì)量成為現(xiàn)實(shí)。

本系列的第一篇文章著重于信息通信技術(shù)和自主車輛和運(yùn)輸。第二篇文章討論了自動(dòng)谷物接收、取樣和分級(jí)將如何通過更好更快的測量設(shè)備（如近紅外成分檢測器）和更智能的設(shè)備維護(hù)來完成。這篇文章的重點(diǎn)是實(shí)時(shí)無線監(jiān)測和管理儲(chǔ)存谷物的質(zhì)量。未來的文章將關(guān)注庫存的實(shí)時(shí)跟蹤等數(shù)字服務(wù)。

一些新的公司已成為利用無線傳感器、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理儲(chǔ)存谷物狀況的領(lǐng)導(dǎo)者。無線傳感器可以探入谷物內(nèi)部，從谷物表面監(jiān)測溫度和相對(duì)濕度，可以很容易地與附近的天線進(jìn)行通信，接收信號(hào)，匯總數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到云端，從那里向操作經(jīng)理發(fā)出可操作的警報(bào)。

困難點(diǎn)：將這種無線傳感器探入谷物群中，需要在谷物表面行走才能做到（危險(xiǎn)性高）。許多公司對(duì)都禁止該行為，限制了無線傳感器進(jìn)入谷物群，使該技術(shù)在其預(yù)期的應(yīng)用中失去作用。為了實(shí)用，無線傳感器必須在谷物流入儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)時(shí)被放入谷物群中。

無線傳感器在谷物群中工作的關(guān)鍵：是如何整體分布在谷物群中，這要求傳感器配備微型天線，通過穿透相當(dāng)密集的谷物群與附近的傳感器建立通信。

傳感器配有足夠小的電源，在整個(gè)儲(chǔ)存季節(jié)為天線和機(jī)載溫度和相對(duì)濕度傳感器供電。在卸貨過程中，無損地收回所有傳感器使其不會(huì)成為谷物中的異物，而不會(huì)減緩每小時(shí)50,000蒲式耳（每小時(shí)1,300噸）的卸貨過程，這是無線傳感器必須滿足的另一個(gè)實(shí)用要求。

當(dāng)前的熱電偶的溫度電纜只限于測量溫度，而新一代的數(shù)字電纜則測量溫度和間隙空氣的相對(duì)濕度，并根據(jù)這些數(shù)值計(jì)算谷物含水量。儲(chǔ)存在糧倉、筒倉和罐子里的谷物的無線傳感器不太可能很快取代已安裝的電纜。然而，諸如倉庫、地樁、軌道車、駁船、船艙甚至是無法用電纜監(jiān)測的袋子等儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)，似乎是無線傳感器的完美應(yīng)用。

通過對(duì)無線傳感器的試驗(yàn)。我們已經(jīng)能夠在裝貨期間將傳感器放置在谷物群的預(yù)定位置。這些傳感器記錄的溫度和相對(duì)濕度值與基于電纜的數(shù)字傳感器一樣準(zhǔn)確。曝氣風(fēng)扇可以根據(jù)報(bào)告的谷物狀況進(jìn)行開啟和關(guān)閉，而且我們?cè)谛敦浧陂g成功地100%恢復(fù)了所有無線傳感器，而不影響谷物的流動(dòng)能力。

與任何研究和開發(fā)工作一樣，我們發(fā)現(xiàn)了一些缺點(diǎn)和一些改進(jìn)，在無線傳感技術(shù)進(jìn)行商業(yè)部署之前需要解決和納入。

無線傳感器測量糧食表面以上的糧食質(zhì)量或二氧化碳較容易。事實(shí)證明，這是由糧食呼吸、霉菌孢子和昆蟲引起的儲(chǔ)存糧食中生物活動(dòng)的有效預(yù)警指標(biāo)。對(duì)頂部空氣的露點(diǎn)溫度和屋頂?shù)母汕驕囟鹊臒o線傳感，也將為確定凝結(jié)狀況和啟動(dòng)屋頂排氣裝置提供一種更簡便的方法。這將防止谷物表面結(jié)殼及其對(duì)谷物質(zhì)量的負(fù)面影響，如在卸貨過程中堵塞地板出口，以及困住或吞噬絕對(duì)沒有理由進(jìn)入糧倉并試圖解決谷物腐敗問題的人。因此，無線傳感器還有一個(gè)潛在的好處，就是使谷物處理設(shè)施成為更安全的工作場所。

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)有可能在整個(gè)設(shè)備的電機(jī)上安裝廉價(jià)的物聯(lián)網(wǎng)開關(guān)，并通過智能手機(jī)操作它們。我們的研究小組今年秋天正在嘗試使用這種設(shè)備，通過我們的智能手機(jī)以手動(dòng)開關(guān)模式操作干燥和曝氣風(fēng)扇，或者使用一個(gè)應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序可以與現(xiàn)有的花費(fèi)數(shù)千美元的控制器一樣，在其中編入復(fù)雜的控制方案。

隨著無線網(wǎng)絡(luò)從4G到5G的發(fā)展，這將成為整個(gè)行業(yè)的規(guī)范。在不久的將來，給電機(jī)通電的電線將成為操作谷物設(shè)施所需的唯一"電纜"。想想看，從電機(jī)控制中心（MCC）到整個(gè)設(shè)施的電機(jī)，不必再安裝管道和控制線，而且未來的MCC將有更小的占地面積。這將是一場類似于用微處理器控制的數(shù)字開關(guān)設(shè)備和計(jì)算機(jī)屏幕取代帶有模擬開關(guān)設(shè)備的壁掛式控制板的革命。

另一項(xiàng)無線技術(shù)是利用類似于核磁共振或CT掃描技術(shù)對(duì)儲(chǔ)存的谷物進(jìn)行三維濕度測繪。掃描板沿著圓形筒倉內(nèi)壁，水平地穿透到谷物塊中。掃描深度是傳感器信號(hào)強(qiáng)度的一個(gè)函數(shù)。產(chǎn)生的測繪數(shù)據(jù)提供了一個(gè)顆粒狀的水分含量視圖，大約相當(dāng)于糧團(tuán)內(nèi)所有位置的 "蒲式耳體積"。此外，由于類似于熱掃描的溫度差異，它還能夠檢測到人類、昆蟲和腐敗活動(dòng)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)被上傳到云端，可操作的建議通過網(wǎng)絡(luò)界面提供給任何設(shè)備上的運(yùn)營經(jīng)理。與本文描述的所有無線監(jiān)測平臺(tái)一樣，該平臺(tái)也可以遠(yuǎn)程主動(dòng)監(jiān)測和管理儲(chǔ)存谷物的質(zhì)量和數(shù)量，自動(dòng)開啟和關(guān)閉曝氣或倉內(nèi)干燥風(fēng)扇，并接收詳細(xì)的庫存報(bào)告。

所有系統(tǒng)還可以根據(jù)測量的谷物狀況和當(dāng)?shù)靥鞖鈨?yōu)化風(fēng)扇運(yùn)行。理想情況下，這將節(jié)省能源，防止過度干燥的隱性成本和潛在的腐敗。

用于谷物質(zhì)量監(jiān)測和管理以及其他谷物處理作業(yè)的無線技術(shù)正在迅速發(fā)展，特別是隨著5G網(wǎng)絡(luò)在全球的部署。谷物處理行業(yè)將需要進(jìn)行必要的投資來滿足客戶，因?yàn)樗麄儗⒔邮芎屠酶咚佟?shí)時(shí)的無線技術(shù)，將大量的數(shù)據(jù)推送到云端，并期望通過人工智能的決策支持，獲得他們可以賺錢的信息回報(bào)。