倉庫溫濕度遠程無線監測系統

張燚翾，吳應偉

寧夏青銅峽市青銅峽鎮68242部隊通信股，寧夏青銅峽 751601

倉庫溫濕度遠程無線監測系統

張燚翾，吳應偉

寧夏青銅峽市青銅峽鎮68242部隊通信股，寧夏青銅峽 751601

本文介紹基于CC1110的低成本大型倉庫無線溫、度監測系統的設計與實現。系統由終端節點、中繼節點，和數據中心組成。采用STH15數字溫濕度傳感器采集溫濕度,采用無線單片機CC1110完成控制及無線收發。終端節點以一定的頻率采集溫濕度并實時的發送到數據中心收發模塊，數據中心收發模塊通過串口把數據發送到個人計算機并在人機界面上顯示，以實現倉庫溫濕度的遠程監測。

無線網絡；低成本；數字傳感器技術；通信協議

1 主要芯片介紹

1.1 CC1110芯片的主要特點[1]

CC1110無線單片機是TI公司生產的一種低成本的無線SoC，是一款低功耗的無線單片機，該芯片包含一個標準的增強型8051MCU和一個無線收發芯片。8051MCU自帶32KB Flash和4KB RAM，還包含定時器、看門狗定時器、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、掉點檢測電路及21個可變成I/O口等。無線收發芯片可工作在315/433/868/915MHz的ISM（工業、科學和醫學）和SRD（短距離設備）頻率波段。CC1110在接收和發射模式下的電流分別低于16.2mA或16mA；休眠模式時，電流僅為0.5uA，外部中斷或RTC能喚醒系統；在待機模式時，電流低于0.3uA，外部中斷能喚醒系統；硬件支持CSMA/CA功能；能數字化的RSSI/LQI支持和強大的DMA功能；較寬的電壓范圍（2.0V～3.6V）；具有電池檢測功能。

1.2 SHT15數字溫濕度傳感器[2]

SHT15數字溫濕度傳感器是瑞士Sensirion推出的SHT1x系列的數字溫濕度傳感器中的一款，基于領先世界的CMOSens?數字傳感技術，具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。SHT15數字溫濕度傳感器的測量范圍：濕度0% RH～100% RH、溫度-40℃～123.8℃，測量精度分別為±2.0%、±0.3℃(在25℃時）。全量程標定，兩線數字接口，可與單片機直接相連，簡化外圍電路。此外，該傳感器體積微小、響應迅速（＜4s）、低能耗（30μW）、可浸沒、抗干擾能力強，性價比高。

2 系統的結構、功能及硬件組成

2.1 系統的結構、功能

該倉庫無線溫濕度測控系統由數個溫濕度采集控制節點，中繼節點和數據中心組成。數據中心由收發模塊和個人計算機組成。數據收發模塊通過RS-232與個人計算機相連。個人計算機提供人與系統的交互界面，管理人員可以通過PC軟件查看節點和各倉庫的實時溫濕度，也可以實時的調控各倉庫的溫濕度。系統還具有定時自檢和溫濕度異常提醒功能，并通過PC軟件顯示結果，方便了管理人員對系統的監管。數據收發模塊和溫濕度采集控制節點之間有障礙物阻隔，直接通信很困難。中繼節點在數據收發模塊和溫濕度采集控制節點之間轉發通信數據，連通數據收發模塊和溫濕度采集控制節點。

2.2 系統的硬件組成

系統的硬件電路主要包括溫濕度采集控制節點電路、中繼節點電路和數據收發模塊電路。本文主要介紹溫濕度采集控制節點電路。溫濕度采集控制節點主要包括CC1110工作在433MHz頻段電路[3]，撥碼盤電路，溫濕度采集電路和溫濕度控制電路。系統中CC1110工作在433MHz的免費頻段電路RF_P、RF_N腳在RX期間向LNA分別輸入正、負向射頻信號，在TX期間接收來自其它節點的輸入正、負向射頻信號。撥碼盤電路用于設定節點地址。節點在每次上電時，首先讀撥碼盤數據，并作為地址保存。節點以該地址加入系統，數據中心通過該地址可以唯一的。SCK用于CC1110與SHT15 之間的通訊同步，由CC1110提供。DATA三態門用于數據的讀取。光電耦合器件U4，把交直流電路隔離開來，防止相互之間的信號干擾，同時實現交直流電路之間控制信號的傳遞。CC1110通過光電耦合器件U4來控制Q1的導通或截至，從而控制調控機。

3 節點通信方式及數據包的設計

系統軟件主要包括系統通信協議的設計、節點的程序設計和系統人機界面。下面主要介紹節點通信方式、數據包設計，溫濕度采集控制節點的程序流程圖和人機界面的實現。系統采用載波偵聽/沖突檢測（CSMA/CA）通信[4]。載波監聽通信在發送數據之前，一直檢測空氣中是否存在相同頻率的載波，如果當前空氣有相同頻率的載波，就不發送數據；如果空氣中沒有相同頻率的載波，則表明空間資源沒有被占用，可以發送數據；一旦兩個以上的節點同時監聽到介質空閑并發送楨，則產生沖突，一旦發送沖突，停止發送，隨機延時一段時間后，再重新爭用介質，重新發送，直到成功。該通信方式在系統中的實現是通過檢測SFR寄存器RFIM中的IM_CCA位來判斷空氣中是否存在相同頻率的載波。數據楨類型通過數據類型來區分，加入網絡時的請求信息(0x00)、數據（0x01）、控制命令（0x02）、廣播信息（0x03）和確認信息（0x04）。數據（0x01）是終端節點發送給數據中心的溫濕度值，控制命令（0x02）和廣播信息（0x03）都是數據中心發往終端節點的控制命令，他們的不同在于控制命令是針對具體的某個節點，而廣播信息的發送對象是所有的終端節點。確認信息為了保證通信過程中數據的準確，節點之間在通信時接收節點要將接收的數據再發送給發送節點，在發送節點確定接收節點收到的數據正確后，成功完成一次信息交換，否則重行發送數據，直到成功。信息正確交換一次，信息交換次數加一。

4 結論

本設計充分利用CC1110無線單片機的特點，簡化了設計，降低了成本，使用方便。經過在實踐中的運用，系統在1km左右的范圍內的性能良好。但是由于CC1110無線單片機中無線模塊功率的限制，系統的更大距離通信的實現比較困難。

[1]田建君.倉庫自動通風及溫、濕度監測系統[J].電子產品世界，2004(4).

[2]陳永利，張自賓，李曉銀，陳鵬.糧食倉庫溫濕度檢測系統[J].儀器儀表學報，2003(S1).

[3]唐美斌，孫傳友.傳感器在糧倉溫濕度監控系統中的應用[J].電子與電腦，2007(Z1).

TN92

A

1674-6708（2011）51-0152-01