基于物聯(lián)網(wǎng)的多倉儲環(huán)境綜合測控系統(tǒng)

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摘 要：基于ARM平臺和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的多倉儲環(huán)境綜合測控系統(tǒng)，采用各種類型的高精度傳感器和S3C2410處理器，實現(xiàn)對溫度、濕度、水分、氣體濃度、糧倉密度等糧情綜合參數(shù)的采集、在線監(jiān)測，并搭建了遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)。搭建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過糧情信息采集終端和監(jiān)視中心軟件平臺實現(xiàn)對多倉儲環(huán)境的有效監(jiān)測，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)多種檢測信息的融合。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；多倉儲糧情；在線監(jiān)測；S3C2410

中圖分類號：TP212.9；TN92 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.022

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為糧食倉儲環(huán)境測控系統(tǒng)的建設(shè)提供了新技術(shù)，進一步推動了糧食溫濕度檢測系統(tǒng)、基于壓力傳感器的糧食質(zhì)量檢測系統(tǒng)和基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通風控制系統(tǒng)的建設(shè)。另外，借助高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)多種檢測信息的融合，而搭建遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)也成為了一種發(fā)展趨勢。但是，投資成本不高、新技術(shù)的實施具有滯后性等特點使得國內(nèi)糧情測控系統(tǒng)在性能上普遍存在系統(tǒng)兼容性差、系統(tǒng)抗干擾能力差、精度低、系統(tǒng)檢測項目少、智能化水平低、系統(tǒng)元器件易損壞等問題。鑒于此，本文將糧食溫濕度檢測、通風控制、糧食質(zhì)量檢測等功能有機結(jié)合起來，形成了一個集各種信息于一體的綜合測控系統(tǒng)。

糧情綜合測控系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個階段：①以糧食溫度為主要性能指標、控制核心為單片機，利用熱敏電阻等對溫度具有敏感特性的原件組成了第一代測量糧情的系統(tǒng)。②以PC機作為控制核心，利用DOS操作系統(tǒng)，引進分線器技術(shù)，采用矩陣布線的方式組成了具有數(shù)據(jù)顯示、儲存、打印等功能的第二代糧情測控系統(tǒng)。③將以濕度、溫度為主要特征的數(shù)字化傳感器作為檢測終端，檢測的指標也比以前多，使傳感器趨于集成化。在CAN總線和485通信模式下，實現(xiàn)了數(shù)字化信號的有效傳輸，同時，應用Windows系統(tǒng)也提高了軟件的運行速率，加強了信息的傳輸與控制。④糧情測控系統(tǒng)是隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的應用發(fā)展起來的，直至現(xiàn)在國內(nèi)絕大部分糧庫設(shè)計者才開始采用該系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)基本構(gòu)成

糧情綜合檢測系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)智能管理器、糧情信息采集器和上位機管理主站3部分組成的。糧情檢測系統(tǒng)的核心單元是數(shù)據(jù)智能管理器。它在總線隔離技術(shù)的作用下，在實現(xiàn)了信息定時存儲的同時，也實現(xiàn)了信息的中轉(zhuǎn)傳送，即在信息采集器與管理主站之間搭建了有效的橋梁，實現(xiàn)了信息的最佳效能傳輸。該系統(tǒng)能夠定時接收信息采集器采集到的數(shù)據(jù)通信、糧倉溫度、糧倉濕度和壓力的數(shù)字信息。這樣，糧倉的主站就會接收到糧倉信息采集器采集到的溫度、濕度等信息數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 信息采集器

糧倉信息采集器具有糧倉檢測信息采集、記錄/存儲、控制等功能，是展現(xiàn)糧倉管理器數(shù)據(jù)交換能力的糧倉綜合管理器。糧倉基本信息的實時記錄和糧倉的運行情況信息都可以存儲在相應的E2PROM中。當糧倉的實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳闹悄芄芾?/p>

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器后，也就是將E2PROM中存儲的糧倉基本信息數(shù)據(jù)取出，由糧倉管理器實現(xiàn)對上位機的信息傳輸，同時，也將備用電池狀態(tài)和周圍的磁場狀態(tài)等信息傳輸?shù)娇刂破脚_上。

1.2 信息控制器

控制器包括糧倉溫濕度傳感器、壓力傳感器和單片機控制部分。它與數(shù)字基本傳感器連接，收集來自傳感器的基本信號，并完成無線傳輸功能。

1.3 智能管理器

接收來自無線基本信息控制器糧倉內(nèi)的基本信息，并及時由無線通信傳輸?shù)竭h程監(jiān)視中心，起到了上行通信和下行管理的作用。

1.4 PC監(jiān)視中心

接收和管理各個糧倉無線基本傳輸智能管理器發(fā)送來的基本數(shù)據(jù)，并分析和顯示這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后的結(jié)果。

2 硬件設(shè)計

數(shù)字智能管理器控制核心采用的是ARM920T架構(gòu)的處理器S3C2410。該處理器的技術(shù)已經(jīng)相當成熟了，并且它功耗低、集成度高、性能穩(wěn)定。通信模塊是由載波模塊、GPRS通信模塊GTM900C等組成，它能夠?qū)崿F(xiàn)信息的實時采集和通信。另外，數(shù)字智能管理器還包括鍵盤控制模塊，LCD模塊，由AM29LV800、K9F1208UOM組成的Flash存儲模塊（其中，AM29LV800用于啟動代碼的存放，K9F1208UOM用于應用程序代碼、文件系統(tǒng)和糧情監(jiān)測數(shù)據(jù)的存放），SDRAM模塊（由2片HY57V641620構(gòu)成，它固有的空間、數(shù)據(jù)集堆棧區(qū)可以為程序提供相應的運行條件）和USB接口模塊。由于智能管理器的核心S3C2410運行速率比較快，所以，在驅(qū)動LCD時，一般加有延時程序。硬件作為整個系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)了對糧情溫度、濕度等數(shù)字傳感器信號的實時采集，并有效執(zhí)行了管理中心發(fā)出的各項指令，進一步保證了系統(tǒng)運行的可靠性。

智能管理器不僅是管理主站信息采集處理器的從機，也是糧倉糧情信息采集的主機，所以，其硬件設(shè)計尤為重要，要有效保證智能管理器運行的穩(wěn)定性和可靠性。智能管理器設(shè)計如圖2所示。

3 軟件設(shè)計

3.1 軟件的主要功能

3.1.1 糧倉檢測信息的采集與處理

這項功能是指能夠?qū)崟r、定時、自動地讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，隨時了解糧倉的基本信息以及糧倉的基本信息是否正常，以便于自動管理或手動控制。

3.1.2 糧倉信息管理

對于糧倉信息的管理，要實現(xiàn)實時查詢、刪除、修改、添加、統(tǒng)計、打印相關(guān)信息的功能。

3.1.3 部門信息管理

部門信息管理是指能夠?qū)崿F(xiàn)后臺的管理權(quán)限設(shè)計，能夠有效添加二級管理用戶，并且能對二級用戶實現(xiàn)信息的修改、添加、刪除等功能管理。二級用戶需要注冊、審核后才能進入系統(tǒng)中。

3.1.4 自動報表生成

軟件要具有自動生成報表并打印的功能。這樣，不僅可以查詢周信息、月信息，還可以查詢某個時間段的信息報表。

3.1.5 系統(tǒng)部門分級管理

糧倉管理部門要實現(xiàn)權(quán)限分級管理，即對不同的管理層設(shè)置不同的管理權(quán)限。系統(tǒng)管理員可以實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理，即實時信息的管理、糧倉糧情信息的管理和通信的管理等。一般情況下，管理員設(shè)置有信息查詢權(quán)限，部分信息和通信管理查詢是有管理權(quán)限的。

3.2 軟件設(shè)計流程

糧倉檢測控制器程序初始化流程如圖3所示。主芯片收到

無線通信傳來的數(shù)據(jù)后，檢查數(shù)據(jù)地址（2個68之間的地址）是否是糧倉檢測控制器地址，如果不是（同時也不是廣播地址），就要把這幀數(shù)據(jù)依照原樣發(fā)送到無線網(wǎng)上（同時判斷數(shù)據(jù)幀是07/645還是97/645，按照不同的速率發(fā)送出去，07/645按9 600 bps發(fā)送，97/645按115 200 bps發(fā)送）；如果是廣播地址，同時也是廣播校時，則要對糧倉檢測控制器校時，其他的則按照控制碼解析處理；如果是糧倉檢測控制器地址，就讀取糧倉檢測控制器本身的存儲數(shù)據(jù)；如果沒有數(shù)據(jù)，則要讀取相應的糧倉信息數(shù)據(jù)之后再返回。

4 結(jié)論

糧情綜合測控系統(tǒng)是國家未來10年發(fā)展的主要方向，隨著國家物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，糧倉檢測采集系統(tǒng)將成為國家糧食存儲檢測技術(shù)的重要組成部分，而全采集、全覆蓋、智能化則是未來糧倉檢測系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。相信在不久的將來，對其的需求將會與日俱增，新的糧倉檢測系統(tǒng)采集模式會隨著市場需求的變化而變化，對其需求量也會越來越多。由此可見，科技創(chuàng)新、智能化發(fā)展是未來國家糧食存儲安全的主導。

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〔編輯：白潔〕