倉庫無線傳感網(wǎng)溫濕度控制系統(tǒng)研究

摘 要：古語說衣食父母，可見得“食”之重要。因此在這太平盛世，我們就得做到衣食豐足，倒是糧食多了，又面臨著一個(gè)問題——糧食的儲(chǔ)存。在此我主要針對(duì)糧食與溫濕度的關(guān)系進(jìn)行研究。主要是通過溫度傳感器SHT11對(duì)糧倉溫濕度的監(jiān)控，使用MSP430FE427來實(shí)現(xiàn)。使用精密儀器CC2420實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集后的無線通訊傳播。使用RS485接口來達(dá)到MSP430單片機(jī)與PC機(jī)之間通信的目的。只要當(dāng)糧倉內(nèi)溫濕度不適宜糧食的儲(chǔ)存時(shí)，上位機(jī)就會(huì)立即發(fā)送控制命令給下位機(jī)，讓驅(qū)動(dòng)通風(fēng)設(shè)備開始工作，以達(dá)到溫濕度適中后停止，不適宜時(shí)又工作，如此反復(fù)來實(shí)現(xiàn)糧倉內(nèi)的溫濕度適中。

關(guān)鍵詞：糧食儲(chǔ)存；溫濕度傳感器；單片機(jī)RS485；溫濕度監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 04-0000-01

一、糧倉溫度傳感器系統(tǒng)的研究?jī)r(jià)值及背景

我國幅員遼闊，土地肥沃，當(dāng)然成為一個(gè)糧食大國是毋庸置疑的。但是就因此應(yīng)運(yùn)而生了一系列的問題，最主要的就是糧食的儲(chǔ)存。據(jù)報(bào)道在大多數(shù)的糧食儲(chǔ)存企業(yè)中，它們都是使用糧倉來儲(chǔ)備糧食的。因此在儲(chǔ)存糧食的過程中有許多的自然因素將影響到他的儲(chǔ)備，在這些因素中最重要的就是糧倉的溫濕度，只要當(dāng)糧倉的溫濕度失調(diào)，就會(huì)導(dǎo)致糧食的腐爛，生蟲等現(xiàn)象，這將造成巨大的損失。因此對(duì)于糧倉的溫度的檢測(cè)的研究是非常重要的也是刻不容緩的。一些報(bào)道稱一些糧倉對(duì)于其內(nèi)部溫度的檢測(cè)還是采用一種原始的、不科學(xué)的方法，利用人工檢測(cè)糧倉的溫度。此方法只能對(duì)一些小面積，通風(fēng)較好的集中的小糧倉進(jìn)行使用，然而目前面對(duì)的是一個(gè)儲(chǔ)糧大國，糧倉的占地面積大，而且比較分散，利用人工檢測(cè)一方面工作量大、繁瑣且檢測(cè)的周期長(zhǎng)；另一方面，人工檢測(cè)準(zhǔn)確度不夠，加之儀器的使用維護(hù)不便。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展，人工檢測(cè)糧倉的方法正在逐步的被智能高效的新型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)取代。新型檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理是利用傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)糧倉濕度的采集，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，進(jìn)而通過新型的通信方式對(duì)采集的數(shù)據(jù)的傳輸，利用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的檢測(cè)來控制下位機(jī)，使其控制通風(fēng)設(shè)備。

二、糧倉無線傳感器對(duì)溫濕度的數(shù)據(jù)傳輸及技術(shù)

簡(jiǎn)而言之，無線數(shù)據(jù)傳輸就是一種利用無線通信方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸。就目前來說，無線傳輸系統(tǒng)有兩大分類：一類是用于公共通信網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸；另一類就是通過自組通信網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸，這類可以用于糧倉溫濕度的檢測(cè)并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。隨著集成電路的發(fā)展，無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的芯片正在被廣泛的應(yīng)用，它的主要工作原理是無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)吧調(diào)制解調(diào)器植入到超短波頻電臺(tái)內(nèi)部，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)利用此調(diào)制解調(diào)器將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；接收數(shù)據(jù)時(shí)再利用調(diào)制解調(diào)器把信號(hào)還原為數(shù)據(jù)信號(hào)，這就是數(shù)據(jù)的傳播具有可靠性又具有高速性。由于無線頻段的使用不是無限開放的，因此就目前而言我國可以使用的ISM頻段為433MHz和2.4GHz。無線數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)需要組建無線通信網(wǎng)絡(luò)才可以正常的工作，這就不惜使用無線通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，目前常用的無線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括802.11家族的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、藍(lán)牙協(xié)議、ZigBee協(xié)議等。對(duì)于以上這幾個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，只有ZigBee協(xié)議適用于糧倉的溫濕度檢測(cè)。針對(duì)糧倉的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來看，各個(gè)糧倉溫濕度監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間可使用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

三、無線通訊系統(tǒng)的糧倉監(jiān)控系統(tǒng)的核心

無線通訊系統(tǒng)的糧倉監(jiān)控系統(tǒng)最主要的是上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)，可以說這兩個(gè)是一個(gè)咽喉，沒有他們將無法實(shí)現(xiàn)對(duì)糧倉的溫濕度控制。什么是上位機(jī)系統(tǒng)？什么又是下位機(jī)系統(tǒng)？他們的工作原理又是什么？下面我一一解答，上位機(jī)系統(tǒng)主要指的是數(shù)據(jù)集中器和上位機(jī)，下位機(jī)系統(tǒng)是指每一個(gè)糧倉的溫度采集系統(tǒng)。由于采用的是星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以其工作原理是：數(shù)據(jù)集中器通過把各個(gè)糧倉的無線溫度采集器連接起來形成一個(gè)小型的無線網(wǎng)絡(luò)，其相互無須進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)集中器直接通過RS-485總線與上位機(jī)連接，并由其讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和控制。數(shù)據(jù)集中器由MCU處理器、無線收發(fā)模塊等主要器件組成，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)和命令的發(fā)送等一些列功能。下位機(jī)的溫度采集系統(tǒng)采用的是電池供電，其有良好的抗腐蝕性、其外部用良好的工程塑料進(jìn)行密封以保證它在惡劣的環(huán)境下能正常的供電，以保證溫度采集器的正常工作。上位機(jī)與下位機(jī)系統(tǒng)之間要保證有效的無線通信距離，以免超出其范圍導(dǎo)致通信失敗。再進(jìn)行組網(wǎng)時(shí)要將溫度采集器的地址加入到糧倉監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)集中器只對(duì)網(wǎng)內(nèi)的溫度采集器發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在這里還要求溫度采集器的地址是唯一的，因?yàn)闇囟炔杉骱蛿?shù)據(jù)集中器之間是多對(duì)一進(jìn)行通信的，它主要的功能是對(duì)數(shù)據(jù)的接收、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)發(fā)溫度轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)來的一些列數(shù)據(jù)。為了確保傳輸效率的高效性和可靠性，這就必須對(duì)糧倉制定一個(gè)無線通信協(xié)議，一般為了增大其無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積，經(jīng)常把數(shù)據(jù)集中器放在室外，但是上位機(jī)多數(shù)是要放在室內(nèi)的，但是當(dāng)他們相隔的距離較遠(yuǎn)時(shí)，其接收信息就能力就會(huì)較弱甚至消失，因此當(dāng)RS232不能滿足時(shí)，就需要使用RS485通信。上位機(jī)與溫度采集器之間也需要一個(gè)通信協(xié)議，其一般使用VB、VC進(jìn)行編程，使其具備顯示功能界面和控制功能。

四、無線通訊系統(tǒng)的糧倉監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

1.系統(tǒng)可以對(duì)糧倉的溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，在傳輸過程中需要抗干擾能力強(qiáng)，傳輸準(zhǔn)確性高；2.系統(tǒng)可以周期性的采集數(shù)據(jù)并發(fā)送，具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性；3.系統(tǒng)的上位器可顯示每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫濕度的數(shù)據(jù)，并具有報(bào)警系統(tǒng)；4.檢測(cè)的溫度必須嚴(yán)格的控制在零下40度至零上60度；濕度為10%RH～99%RH。可供其選擇的有IEEE802.1b（Wi-Fi）、藍(lán)牙技術(shù)、紅外技術(shù)、無線單片技術(shù)和ZigBee技術(shù)。但是對(duì)于糧倉監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只有無線單片技術(shù)和ZigBee技術(shù)是實(shí)用的。因?yàn)闊o線單片技術(shù)具有簡(jiǎn)單的通信協(xié)議其操作簡(jiǎn)單，ZigBee具有低功耗、低成本、低復(fù)雜度和低速段距離傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。

五、結(jié)束語

通過以上的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，明確了系統(tǒng)的功能和指標(biāo)以及通信方案。在實(shí)際的糧食的儲(chǔ)備中，完全實(shí)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)傳感對(duì)溫濕度的控制，這不光是對(duì)勞動(dòng)能力方面的解放，還具高度的準(zhǔn)確性、可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王浩.基于ZigBee技術(shù)的溫濕度數(shù)據(jù)采集通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（01）：32-33.

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