面向复杂环境的谷物智能晾晒自适应控制方法及系统

本发明属于智能农业，具体涉及一种面向复杂环境的谷物智能晾晒自适应控制方法及系统。

背景技术：

1、谷物晾晒是农业生产中不可或缺的环节，传统方式依赖人工翻晒和凭经验判断天气，存在效率低、劳动强度大、易受天气影响导致霉变等问题。现有技术中已出现一些智能晾晒或烘干设备，例如中国发明申请cn107166938a公开了一种物料干燥方法，通过远程控制调整热风温度；中国发明申请cn104930827a公开了一种智能晾晒烘干装置，利用光线传感器判断是否启动烘干；中国发明申请cn111856949a公开了一种衣物晾晒方式的获取方法，根据预设收衣条件生成衣物转移指令。然而，对于谷物（例如水稻、小麦、玉米等）的户外大面积晾晒场景，现有技术存在以下缺陷：

2、（1）感知维度单一：现有晾晒或烘干控制仅检测单一物料湿度或环境湿度，未考虑谷物堆积态晾晒中上干下湿的层间湿度空间分布特征，无法为翻晒策略提供有效依据。

3、（2）翻晒控制粗糙：现有翻晒机构采用固定周期、固定深度的翻晒方式，未根据晾晒层内部湿度分布差异动态调整翻晒深度，导致翻晒不足或翻晒过度。

4、（3）烘干控制缺乏品种适应性：现有烘干控制以单一温度或固定策略运行，未区分谷物品种的热敏感性差异，种用谷物与食用谷物的热损伤温度边界不同，固定温度烘干易导致种用谷物胚芽失活或食用谷物品质劣变。

5、（4）降雨恢复机制不完善：现有降雨防护控制仅以“雨停”或“雨停后固定延时”作为恢复条件，未考虑晾晒承载面（地面或晒盘）返潮对底层谷物的二次侵害，雨后直接恢复晾晒易导致底层谷物受潮霉变。

6、（5）决策逻辑单一：现有控制多为简单阈值判断，未构建多层优先级决策体系，在临界光照条件下易导致模式频繁切换。

7、因此，亟需一种能够针对谷物堆积态晾晒的空间湿度分布特征、品种热敏感性差异及地面返潮问题，提供系统性解决方案的谷物智能晾晒自适应控制方法。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提出一种面向复杂环境的谷物智能晾晒自适应控制方法及系统。所述方法通过分层优先级自动决策晴天翻晒模式、阴雨烘干模式、降雨防护模式及收仓模式，以物料湿度为反馈进行pid闭环控温并自适应调节风速和翻晒周期；进一步通过上/下表层湿度梯度驱动翻晒深度与速度联动调节，引入品种热损伤温度作为pid饱和约束，并以承载面湿度作为雨后恢复准入条件，实现谷物堆积态晾晒的均匀干燥、种用品质保护与防返潮控制。

2、本发明提供一种面向复杂环境的谷物智能晾晒自适应控制方法，应用于包括翻晒机构、热风烘干模块、遮挡机构及收仓机构的谷物智能晾晒装置，包括：

3、按预设周期采集环境参数和谷物状态参数；环境参数至少包括光照强度和雨滴信号，谷物状态参数至少包括物料湿度；物料湿度包括晾晒层上表层物料湿度和下表层物料湿度；

4、根据光照强度、雨滴信号和物料湿度，按预设优先级切换工作模式：晴天翻晒模式、阴雨烘干模式、降雨防护模式或收仓模式；

5、进行晾晒自适应控制，包括：

6、晴天翻晒模式下，控制翻晒机构以预设翻晒周期翻动谷物，并根据上表层物料湿度与下表层物料湿度的差值动态调整翻晒深度；

7、阴雨烘干模式下，以物料湿度为反馈量进行pid闭环控制调节加热功率，根据物料湿度下降速率调整风机启动响应时间，根据谷物品种设定热风温度上限并约束pid闭环控制的输出不超过热风温度上限；当热风温度达到热风温度上限时增大风机风量，按大于预设翻晒周期的烘干翻动周期控制翻晒机构翻晒；

8、降雨防护模式下，展开遮挡机构；雨滴信号指示无降雨的持续时间达到预设延时后，检测晾晒承载面湿度，仅当晾晒承载面湿度低于预设干爽阈值时收回遮挡机构并恢复至进入降雨防护模式前的工作模式，否则维持遮挡机构展开并辅助排湿；

9、收仓模式下，控制收仓机构收集干燥谷物至出料口。

10、优选地，所述预设优先级包括：

11、第一优先级：若雨滴信号指示有降雨，则判定进入降雨防护模式；

12、第二优先级：若无降雨且物料湿度小于或等于目标湿度，则判定进入收仓模式；

13、第三优先级：当无降雨且物料湿度大于目标湿度时，基于光照强度进行判定：若光照强度大于第一光照阈值，则进入晴天翻晒模式；若光照强度小于第二光照阈值，则进入阴雨烘干模式；若光照强度大于或等于第二光照阈值且小于或等于第一光照阈值，则采用滞回策略维持当前工作模式；

14、其中，所述目标湿度根据谷物品种所对应的安全储存标准进行设定；若用户输入湿度预设值，则以用户输入的湿度预设值设定目标湿度；所述第一光照阈值大于所述第二光照阈值。

15、优选地，晴天翻晒模式下，所述根据上表层物料湿度与下表层物料湿度的差值动态调整翻晒深度，包括：

16、当上表层物料湿度与下表层物料湿度的差值大于第一差值阈值时，采用第一翻晒速度执行深层翻晒；

17、当上表层物料湿度与下表层物料湿度的差值小于第二差值阈值时，采用第二翻晒速度执行表层扰流翻晒；

18、所述第一差值阈值大于所述第二差值阈值；所述第一翻晒速度低于所述第二翻晒速度。

19、优选地，所述根据物料湿度下降速率调整风机启动响应时间，还包括：根据所述物料湿度下降速率动态调整所述烘干翻动周期；当所述物料湿度下降速率低于预设速率阈值时，缩短所述烘干翻动周期；当所述物料湿度下降速率高于所述预设速率阈值时，延长所述烘干翻动周期；

20、其中，所述物料湿度下降速率为单位时间内物料湿度的降低量。

21、优选地，在进入所述降雨防护模式时，记录进入所述降雨防护模式前上表层物料湿度与下表层物料湿度的差值，并开始计时降雨中断时长；所述降雨防护模式恢复后，根据所述降雨中断时长和所述进入降雨防护模式前上表层物料湿度与下表层物料湿度的差值，按预设补偿模型修正所述目标湿度；

22、所述预设补偿模型以所述降雨中断时长和所述上表层物料湿度与下表层物料湿度的差值作为输入，输出目标湿度修正量。

23、另一方面，本发明还提供一种面向复杂环境的谷物智能晾晒自适应控制系统，应用于包括翻晒机构、热风烘干模块、遮挡机构及收仓机构的谷物智能晾晒装置，所述系统包括：

24、数据采集模块，用于按预设周期采集环境参数和谷物状态参数；环境参数至少包括光照强度和雨滴信号，谷物状态参数至少包括物料湿度；物料湿度包括晾晒层上表层物料湿度和下表层物料湿度；

25、模式决策模块，用于根据光照强度、雨滴信号和物料湿度，按预设优先级切换工作模式：晴天翻晒模式、阴雨烘干模式、降雨防护模式或收仓模式；

26、晾晒自适应控制模块，包括：

27、翻晒自适应控制单元，用于控制翻晒机构以预设翻晒周期翻动谷物，并根据上表层物料湿度与下表层物料湿度的差值动态调整翻晒深度；

28、烘干自适应控制单元，用于以物料湿度为反馈量进行pid闭环控制调节加热功率，根据物料湿度下降速率调整风机启动响应时间，根据谷物品种设定热风温度上限并约束pid闭环控制的输出不超过热风温度上限；当热风温度达到热风温度上限时增大风机风量，按大于预设翻晒周期的烘干翻动周期控制翻晒机构翻晒；

29、降雨防护恢复单元，用于展开遮挡机构；雨滴信号指示无降雨的持续时间达到预设延时后，检测晾晒承载面湿度，仅当晾晒承载面湿度低于预设干爽阈值时收回遮挡机构并恢复至进入降雨防护模式前的工作模式，否则维持遮挡机构展开并辅助排湿；

30、收仓控制单元，用于控制收仓机构收集干燥谷物至出料口。相比现有技术，本发明获得的有益效果包括：

31、（1）通过分层湿度梯度感知与翻晒深度自适应切换，解决了谷物堆积晾晒中上干下湿的空间不均匀难题。通过在上、下表层分别获取物料湿度并计算差值，动态匹配深层翻晒或表层扰流翻晒，提高了整批谷物的干燥均匀度，同时避免了过度机械翻动导致的谷物破碎。

32、（2）通过品种热风温度上限约束，避免了谷物热损伤。根据谷物品种设定对应的热风温度上限，并约束pid闭环控制的输出不超过该上限；当热风温度达到上限时转而增大风机风量，既保证了干燥效率，又保护了种用谷物胚芽活性和食用谷物品质。

33、（3）通过承载面湿度与雨停延时双重判据的恢复准入机制，避免了雨后地面返潮对底层谷物的二次侵害。仅当晾晒承载面湿度低于预设干爽阈值时收回遮挡机构，否则维持遮挡并辅助排湿，适用于户外地面晾晒场景，提高了系统的环境适应性和可靠性。

34、（4）通过物料湿度下降速率反馈调节风机响应特性，实现了对谷物堆积透气性的间接感知与自适应匹配。同时联动调整烘干翻动周期，提高了热风利用效率和烘干均匀性。

35、（5）通过预设优先级决策与光照滞回策略，提高了复杂环境下的运行稳定性。降雨防护最高优先级响应，收仓判断优先于晾晒/烘干选择，光照双阈值滞回避免了模式频繁切换，实现了全自动、高可靠的晾晒控制。