Беспроводные термоштанги для контроля температуры зерна: Wi-Fi и LoRaWAN решения

 

Для чего нужны термоштанги для зерна

Сохранение собранного урожая является одной из ключевых задач сельскохозяйственной отрасли.

Зерно является биологически активным материалом и после уборки продолжает процессы дыхания, выделяя тепло и влагу. При определенных условиях (повышенная влажность, недостаточная вентиляция) начинаются процессы самосогревания. Микробиологическая активность приводит к повышению температуры внутри насыпи, что может спровоцировать порчу продукта, потерю товарных качеств и, в крайних случаях, самовозгорание продукции.

Для предупреждения данных проблем были разработаны электронные термоштанги, которые эволюционировали от простых проводных устройств до современных автономных приборов с беспроводными интерфейсами передачи данных.

 

Какие термоштанги существуют?

Термоштанга — специализированное устройство для определения температуры и влажности (опционально) сыпучих материалов (зерно, комбикорм) непосредственно в толще их залегания. Конструктивно состоит из длинного стержня (штанги) с датчиками температуры и влажности и рукоятки с блоком индикации или модулем связи.

По способу получения и передачи данных термоштанги делятся на:

1. С локальным дисплеем — показания отображаются на встроенном ЖК-экране. Автономная работа без передачи данных (TR-XXXX1-D, TR-XXXX11-D).
2. Проводные — зонд соединён с внешним индикатором или системой кабелем. Дальность ограничена длиной кабеля.
3. Беспроводные (Wi-Fi, LoRaWAN) — данные передаются на смартфон, планшет или шлюз без физического подключения (TR-XXXXYS-W,  — Wi-Fi, TR-XXXXYS-L— LoRaWAN). Наиболее гибкий вариант для распределённого мониторинга.

Объектом данного обзора являются термоштанги TR-XXXXY-W и TR-XXXXY-L. Модель TR-XXXXYS-W использует Wi-Fi, модель TR-XXXXYS-L — радиоинтерфейс LoRa (протокол LoRaWAN).

Параметр	TR-XXXXY-L	TR-XXXXY-W
Канал связи / интерфейс	LoRa	Wi-Fi
Длина погружной части ТШ	не более 3 м	не более 3 м
Количество датчиков температуры	не более 9 шт.	не более 9 шт.
Наличие датчика влажности	Да (в зависимости от модификации)	Да (в зависимости от модификации)
Время передачи данных / опроса	устанавливается пользователем: 5 мин (по умолчанию), 15 мин, 30 мин, 1 ч, 3 ч, 6 ч, 9 ч, 12 ч, 24 ч	устанавливается пользователем / по кнопке
Диапазон измеряемых температур	-40…+125 °С	от -50 до +125 °С
Погрешность измерения температуры	±0,5 °С в диапазоне -10…+85 °С; ±2 °С в диапазоне -40…-10 °С, +85…+125 °С	±0,5 °С в диапазоне -10…+85 °С; ±2 °С в диапазоне -55…-10 °С, +85…+125 °С
Погрешность измерения влажности	±4% в диапазоне от 10% до 90%	±4% в диапазоне от 10% до 90%
Температура окружающего воздуха: погружная часть термоштанги	-40…+125 °С; относительная влажность до 95% (с возможной конденсацией влаги) при +30 °С	-50…+125 °С; относительная влажность до 95% (с возможной конденсацией влаги) при +30 °С
Температура окружающего воздуха: головка термоштанги	-40…+60 °С; относительная влажность до 75% (без конденсации влаги) при +30 °С	-40…+60 °С; относительная влажность до 95% (без конденсации влаги) при +30 °С
Степень защиты погружной части	IP65	IP65
Степень защиты головки термоштанги	IP65	IP65
Напряжение питания	постоянное 10…30 В	постоянное 10…30 В
Максимальная потребляемая мощность	не более 3 Вт	не более 3 Вт
Вес	не более 5 кг (зависит от модификации)	не более 5 кг (зависит от модификации)
Вибрационные нагрузки	5–55 Гц, амплитуда вибросмещения 0,15 мм	5–55 Гц, амплитуда вибросмещения 0,1 мм
Время наработки на отказ	не менее 100 000 ч	не менее 100 000 ч
Средний срок службы	10 лет	12 лет
Аккумулятор, наличие	да	да
Зарядное устройство	В комплекте	В комплекте

 

Устройство и принцип работы термоштанги TR-XXXXY-W с Wi-Fi

TR-XXXXY-W – термоштанга с возможностью передачи текущих значений на телефон или планшет по Wi-Fi каналу.

Рисунок 1 – Термоштанга с Wi-Fi для измерения температуры сыпучих материалов TR-XXXXY-W

 

Как работает термоштанга с Wi-Fi

Функционал термоштанги TR-XXXXY-W позволяет эксплуатировать устройство в различных режимах. Режим опроса «по кнопке» отличается минимальным энергопотреблением, однако накладывает ограничения в виде необходимости присутствия человека при снятии показателей. Прочие режимы  являются более затратными по энергии, при этом обеспечивают полную автономность измерений и не требуют постоянного контроля со стороны персонала.

Режим работы	Состояние ТШ
Обновление по «кнопке»	Данный режим обеспечивает передачу данных от термоштанги в ручном режиме, после нажатия кнопки на термоштангу
Обновление по «времени»	Данные от термоштанги передаются периодически, с периодом в минутах после передачи данных, термоштанга переходит в глубокий сон до следующей итерации
«Постоянно»	Режим питания от адаптера. Данные от термоштанги передаются периодически или при изменении температуры,по условию что её рост  превышает заданную скорость изменения (град./час.). Термоштанги постоянно контролирует температуру с периодом, указанным в настройках
«По запросу»	Термоштанги подключены к электросети и работают в режиме web-запросов. Данный режим доступен опционально

 

Таким образом, таблица наглядно отражает специфику каждого режима работы термоштанги TR XXXXY W — от ручного опроса до полностью автономной эксплуатации. Ниже на рисунке 2 представлен общий принцип взаимодействия устройства с пользовательским интерфейсом: схема показывает, как данные, собранные в любом из описанных режимов, поступают в приложение «T.M.S Монитор» и становятся доступны оператору удалённо.

Рисунок 2 – Принцип работы термоштанги TR-XXXXYS-W

Пользователь получает данные на экране своего мобильного устройства (смартфона или планшета) через специальное программное обеспечение (приложение «T.M.S Монитор»). Это позволяет наблюдать за результатами измерений из любой точки, где есть сеть Wi-Fi. 
 

Интерфейс приложения «T.M.S. Монитор» 

«T.M.S. Монитор» – это Android приложение, которое предназначено для контроля температуры термоштанг с Wi-Fi индивидуально или в составе системы автоматизированного контроля зерновых (и др.) хранилищ.

Рисунок 3. Главное окно приложения «T.M.S. Монитор»: список термоштанг, показания датчиков с цветовой индикацией и статусная строка.

Рисунок 4. Диалоговое окно с подробными данными: IP-адрес, заряд аккумулятора, влажность воздуха и зерна, показания каждого датчика.

 

Принцип работы термоштанги TR-XXXXY-L с интерфейсом Lora

TR-XXXXY-L — устройство для непрерывного контроля температуры и влажности зерновой насыпи в складских помещениях, элеваторах и на открытых площадках. В отличие от Wi-Fi-модификации, модель использует радиоинтерфейс LoRa (протокол LoRaWAN), что обеспечивает большую дальность связи и длительную работу от встроенного аккумулятора.
 

Как работает LoRa-термоштанга

1. Опрос датчиков. Микроконтроллер с заданной периодичностью (от 5 минут до 24 часов) опрашивает до 9 датчиков температуры и датчик влажности.
2. Формирование пакета. Данные упаковываются и отправляются по радиоканалу LoRa на шлюз NLS-Gateway.
3. Сон. После успешной передачи термоштанга переходит в режим глубокого сна для экономии батареи.
4. Отображение. Шлюз передаёт данные в веб-интерфейс системы TMS, доступный с ПК, смартфона или планшета.
5. Оповещения. При выходе температуры или влажности установленные пределы, а также при потере связи система отправляет уведомления.

Рисунок 4 – Принцип работы термоштанги TR-XXXXYS-L

 

Особенности модели термоштаги с протоколом LoRaWAN

• Длительная автономность.

  Благодаря малому энергопотреблению радиомодуля и режиму сна, термоштанга может работать от одной зарядки аккумулятора от нескольких недель до нескольких месяцев — в зависимости от выбранного периода передачи.

• Гибкая настройка периода.
  Возможность выбора интервала от 5 минут до 24 часов позволяет балансировать между оперативностью данных и сроком службы батареи.
• Централизованный мониторинг.
  Все термоштанги объединяются в единую систему TMS, которая ведёт архив показателей (до 1000 последних точек на каждое устройство), строит графики изменения температуры и влажности, обеспечивает цветовую индикацию состояния.
• Масштабируемость.
  Система позволяет одновременно подключать десятки термоштанг, расположенных в разных точках хранилища, и управлять ими через единый интерфейс.
   

Преимущества беспроводных термоштанг для контроля температуры зерна

Снижение трудозатрат и исключение человеческого фактора

Стационарная установка термоштанг позволяет повысить оперативность считывания температур. Отпадает необходимость в периодических обходах территории и переустановке штанг. Исключается риск, что сотрудник забудет сделать замер или запишет неверное значение — данные автоматически сохраняются в цифровом журнале.

Повышение вероятности раннего выявления рисков

Саморазогрев зерна — опасный процесс. Критическим считается повышение температуры более чем на 1 °C в сутки. Ежедневный (а при необходимости — ежечасный) автоматизированный сбор данных повышает вероятность обнаружения аномалий на самых ранних стадиях.

Безопасность персонала

Беспроводные термоштанги обеспечивают дистанционный сбор данных о температуре зерна и позволяют сократить количество операций, требующих непосредственного присутствия персонала на насыпи. Это соответствует тенденции повышения уровня механизации и автоматизации производственных процессов, закреплённой в Правилах по охране труда в сельском хозяйстве. Использование дистанционного контроля помогает снизить вероятность воздействия на персонал факторов риска, связанных с работой на зернохранилищах.

Экономический эффект

1. Предотвращение порчи продукции: стоимость утраченного зерна значительно превышает цену термоштанги.
2. Оптимизация затрат на персонал: сокращение времени на рутинные обходы. При традиционном методе контроля сотруднику необходимо регулярно обходить зернохранилища, переставлять термоштанги, вручную снимать показания и фиксировать их в журнале. В зависимости от размеров насыпи и количества точек контроля один обход может занимать от 30 минут до 2–3 часов в смену. Беспроводные термоштанги передают данные автоматически, поэтому необходимость в физическом обходе отпадает. Оператор лишь просматривает сводку в цифровом интерфейсе, что занимает несколько минут.
3. Увеличение срока годности продукта: стабильный температурный режим замедляет старение зерна.

 

6. Сравнение и выбор модели: Wi-Fi или LoRa?

Обе модели — TR-XXXXYS-W и TR-XXXXYS-L обеспечивают высокую точность (±0,5 °C в основном диапазоне), широкий рабочий диапазон температур и удобный удалённый мониторинг. Выбор зависит от масштаба объекта и задач.

Критерий	Wi-Fi — TR-XXXXYS-W	LoRa — TR-XXXXYS-L
Тип объекта	Небольшой склад, напольное хранение	Объекты хранения зерна (в т.ч. склады напольного хранения, распределенные хранилища и др.)
Оперативность (получения данных)	Опрос 1 с — по кнопке / 5 мин – 24 ч (настраивается)	5 мин – 24 ч (настраивается)
Автономность работы (при одинаковых условиях и режимах эксплуатации)	Ниже	Выше
Программное обеспечение	«T.M.S. Монитор» (Android)	Веб-интерфейс (любой смартфон, плашет, мобильный или настольный ПК)
Лучше подходит для	Оперативного контроля на небольшой площадке	Постоянного мониторинга крупного объекта

Совет. На больших элеваторах целесообразна гибридная схема: LoRa-термоштанги в напольных складах + Wi-Fi-модели для быстрого контроля на приёмке и в вагонах.
 

Заключение

Беспроводные термоштанги позволяют автоматизировать контроль температуры и влажности зерна при хранении, снизить трудозатраты персонала и повысить вероятность раннего обнаружения очагов самосогревания. Снизить вероятность возникновения ошибки при сборе данных оператором.

Wi-Fi термоштанги подходят для оперативного контроля зерна на небольших складах, в автотранспорте и железнодорожных вагонах. LoRaWAN-термоштанги ориентированы на длительный автономный мониторинг зернохранилищ, складов и распределённых объектов.

Выбор технологии зависит от размеров объекта, требуемой дальности связи и степени автоматизации системы контроля. В ряде случаев наиболее эффективным решением становится совместное использование Wi-Fi и LoRaWAN термоштанг в рамках единой системы мониторинга зерна.