基于物聯網的遠程糧倉環境監控系統設計

摘 要：針對傳統糧倉環境監測方式，實時性低、效率低、人力物力資源耗費大等不足的現狀，結合無線通信技術、計算機技術、MEMS傳感器技術和無線傳感器網絡相關技術，基于無線傳感器網絡，研究并設計了新型高效的，實時性強的遠程糧倉環境監控系統，組合搭建整個系統，進行軟硬件調試及系統功能測試。

關鍵詞：物聯網；遠程監控；傳感器；系統設計

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

糧食是的安全貯存關系到人類活動的物質基礎，因此研究使用新的技術方法來實現智能高效的安全貯存與監控，具有重要的研究價值，對于提高國內糧食安全及質量尤其關鍵[1]。當前面臨的問題是，現有的方法不足以滿足高可靠性，便捷管理，遠程維護的需求[2]，因此，利用現有的物聯網技術[3]、WEB技術[4]、嵌入式系統[5]、傳感器網絡技術[6]，可以實現新的基于物聯網的B/S管理模式的無線糧倉環境監測[7]，并在一定的程度上擴展實現其他的相關監測需求，使用戶能夠方便快捷的任何時間，任何地點采用任何終端來實現糧倉安全的管理，同時可以提供管理人員的隨時調用數據庫在線監測糧倉的情況[8]，或者對糧倉進行抽樣調查，能夠很大程度上的節省人力和物力。

2 基于物聯網的糧倉監控系統的結構分析與設計

（Structural analysis and design of granary

monitoring system based on things）

基于物聯網的糧倉監控系統可以從硬件上分為三個部分，包括網關，路由節點和無線傳感器的網絡中的傳感器節點。而從網絡層次上，可以分為用戶、網關和傳感器節點，一般來說，用戶層通過個人電腦上的客戶端瀏覽器登錄操作監控的界面，實現遠程的監控與維護；而中間層次為網關，負責上傳與下達；最底層是網絡中的各個傳感器節點，路由節點可以與主控直接連接，距離比較遠的節點需要通過路由節點進行傳輸。控制系統采用B/S操作模式，所見即所得，方便用戶管理，與網頁類似，對操作員的培訓相對容易，開發維護方便，能夠實現最大限度地節省人力。具體的設計結構如圖1所示。

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圖1 基于物聯網的糧倉環境監控系統結構框圖

Fig.1 System block diagram of granary environmental

monitoring system based things

由左邊基于ZigBee無線傳感器網絡各傳感器節點采集糧倉環境信息（溫濕度及煙霧濃度等），經路由節點匯聚到網關，網關對收集的參數信息進行處理，將處理后的信息通過串口傳送給電腦服務器或者通過GPRS傳給手機用戶終端。在線管理人員通過相應的瀏覽器訪問WEB服務器，在操作界面上打開程序截面，操作相應的功能按鈕，實現需要操作維護的功能，實現對查看糧倉內傳感器節點和路由節點采集的糧倉內環境參數和調節通風設備如排氣扇用以平衡糧倉內溫度、濕度，也可進入歷史信息查詢頁面讀取以往的查詢記錄，從而實現實時，高效的遠程監測。數據的采集工作可由每個搭載傳感器的節點完成。協調器負責建立網絡，匯聚終端節點信息，進行數據融合處理，經串口通信連接網關，實現數據傳遞。網關建立ZigBee無線傳感器網絡與Internet的連接，上傳數據至客戶端。自主設計了PC客戶端，直觀呈現了糧倉環境信息，手機移動終端亦可實時監控糧倉環境變化。

3 系統模塊設計（Design of system module）

3.1 傳感器節點設計

傳感器節點的結構框圖如圖2所示。傳感器節點主要由CC2530模塊（終端節點）、供電裝置、調試電路、溫濕度傳感器（SHT11）及煙霧傳感器（MQ-2）等組成，首先，傳感器節點中的各個傳感器采集有關的數據，然后將采集后的數據傳送給高集成度的工業用射頻收發器件CC2530，最后由CC2530完成數據的處理并將數據發送給路由節點。

圖2 傳感器節點結構框圖

Fig.2 Block diagram of sensor nodes

3.2 路由節點設計

路由節點主要由CC2530模塊（ZigBee終端節點）、供電裝置及電路、煙霧傳感器、調試電路、LCD液晶顯示電路、溫濕度傳感器等組成。如圖3所示，路由節點與傳感器節點的結構圖類似，路由節點只多一個LCD液晶顯示電路，但他們功能有區別。首先，路由節點具有傳感節點采集數據的功能。其次，路由節點還具有允許節點加入網絡的功能，當有節點請求加入網絡時，路由節點可以響應加入請求，并允許該節點加入到網絡中和新加入的節點成為父子關系。再者，路由節點能夠接收來自子節點發送的數據并將自己采集的數據和接收到子節點的數據發送給它的父節點，在網絡中既有傳感器節點采集數據的功能，又具有路由功能。在路由節點中帶有LCD液晶顯示器，可以實時的顯示節點采集的溫濕度和煙霧濃度的數據。最后在路由節點中還帶有通風設備如排氣扇用以平衡糧倉內溫度、濕度。

圖3 路由節點結構框圖

Fig.3 Block diagram of the routing node

3.3 網關模塊設計

如圖4所示，網關模塊主要由CC2530模塊（ZigBee終端節點）、供電裝置及電路、煙STM32處理器最小系統、調試電路、LCD液晶顯示電路、串口電路、GPRS電路等組成。首先，數據通過終端節點上報，在處理中進行出路后送到串口電路中，同時需要有相關的調試電路，數據處理后送達GPRS模塊和LCD顯示器，GPRS模塊可以將手機卡插入SIM卡座，通過相應的AT指令便可以很方便地實現用戶對糧倉環境進行監控。用戶可用手機和電腦登錄網頁，在網上查看糧倉內傳感器節點和路由節點采集的糧倉內環境參數，從而實現遠程監測。

圖4 網關模塊結構框圖

Fig.4 Gateway module structure diagram

3.4 監控系統模塊設計

監控系統主要包括三個部分：用戶登錄界面、現場監測部分、歷史信息查詢部分，這些主要用HTML語言來編寫，并且采用相應的數據庫來支持相關的操作和訪問。如圖5所示。

圖5 監控系統設計

Fig.5 Design of monitoring system

總之，該系統能夠準確的實現對糧倉內溫濕度、煙霧濃度的實時監測；采集的相關數據能夠及時的發送到用戶端，并根據數據提出相關的建議；當糧倉環境參數超出限定值時，系統會發送信息給管理者進行預警；管理者可以通過手機或者電腦登錄網頁發送指令對糧倉內環境參數或啟動相關的調節設備，從而實現遠程監測及管理。

4 結論（Conclusion）

本文解決了目前糧倉環境監控系統維護成本高、系統可拓展性差、移動性差等問題，填補傳統糧食儲藏技術手段的嚴重不足，提高監控的實時性和監控效率，提高了倉庫管理的應急處理，有針對性的提供處理方案，實現了可靠性高，智能、性能優越的基于無線傳感器的網絡監控，可以提高現有倉庫管理的水平，節省了大量的人力和物力，降低了倉庫的損失，具有重要的經濟價值。

參考文獻（References）

[1] 張偉，等.基于物聯網的規模化畜禽養殖環境監控系統[J].農

機化研究，2015，02：245-248.

[2] 張恩迪，張佳銳.基于物聯網的農業蟲害智能監控系統[J].農

機化研究，2015，05：229-234.

[3] 房硯海.基于物聯網技術下室內環境監控系統的設計[J].現代

裝飾（理論），2014，11：88.

[4] 張小偉.基于物聯網技術的農業大棚監控系統研究[D].陜西

科技大學，2014.

[5] 吳武豪.基于物聯網的豬舍環境監控系統研究[D].浙江大學，

2014.

[6] 趙麗麗，劉成忠.基于物聯網的蔬菜大棚環境監控系統設計

[J].甘肅農業大學學報，2014，01：151-155.

[7] 宋艷，程改蘭.基于物聯網技術的農業種植環境監控系統設計

[J].電子設計工程，2014，08：101-103.

[8] 劉東.基于物聯網的煤礦安全監控系統設計[D].中北大學，

2014.

作者簡介：

徐艷玲（1979-），女，碩士，講師，研究領域：計算機網絡，

數據庫應用.