糧倉無線傳感網溫濕度控制系統探討

郭紀良

（山東商務職業學院，山東 煙臺 264000）

將無線通訊技術運用在糧倉內部溫度與濕度進行控制的相關技術中，是本文主要詳細討論的問題。對數據運用數字溫濕度傳感器SHT11進行科學的搜集，由于MSP430FE427單片機的消耗功率比較低，將其運用在控制過程中最為合適，進行無線通訊的設備應該選用無線數據收發模塊CC2420設備，將MSP430單片機與PC機二者之間通過RS485接口進行連接。通過以上各種設備的結合發揮作用，能夠在糧倉內部溫度和濕度無法滿足正常標準時，下位機接受上位機發出的指令，啟動通風、干燥等相關設備進行糧倉內部溫度和濕度條件的改善。

1 糧倉無線傳感網溫濕度控制系統的無線數據傳輸系統及技術

1.1 802.11家族的標準協議

在最開始IEEE對一定范圍內無線網的標準進行設計時，802.11就其中一個標準，在校園、辦公室等一定范圍內的網絡中，將用戶和用戶之間使用的終端設備進行連接，是其最主要的功能，隨著科技技術的不斷完善發展，又接連開發出802.11a和802.11b這兩個更加科學的新型標準。針對這兩個新標準中，將頻率為5GHz的功率作為802.11a的標準，所使用的正交頻分多路復用副載波數量為52個，54M b/s作為其原始數據的最大傳輸率。而802.11b在實際工作中被應用的最為廣泛，相關系統常數也是最接近標準的，其將2.4GHz的功率作為載波頻率，11M b/s作為傳輸率。

1.2 藍牙協議

作為一種全球的開放性規范，藍牙技術能夠將無線數據與語音通訊有機的結合起來，成為在一定區域內的無線連接技術，并且在10米之內的近距離傳送技術中，是使用最方便、快速、靈活、安全、成本較小的技術，所以成為現如今在無線局域網中使用較為普遍的技術。這項技術能夠在固定通訊設施與移動通訊設施二者之間成立一個比較特別的通道，使設備與設備之間能夠以功率耗費最小為標準進行運作，并實現語音通信。網絡結構比較分散、跳頻速度較快、短包等技術是藍牙模式的應用原理，可以將各個移動通信終端設施之間的信息傳送變的相對簡單，圍繞單點對單點以及單點對多點的通訊模式展開操作，并運用雙工傳輸的模式，1Mbps的數據傳輸率、工作頻段為2.4GHzISM進行實際的數據傳送。

1.3 ZigBee協議

ZigBee作為一種無線通訊技術，是將控制設備以及傳感器設備等電子零部件，運用無線連接技術將他們連接起來的一種新型距離較短、速率較低的技術。其主要由MAC層、路由、網絡層、應用層等組成了無線網絡協議。在小范圍內進行無線連接時，ZigBee技術實現通訊的方式主要是在不計其數的小型傳感器之間將數據進行調整統一。雖然ZigBee技術現今正處在發展階段，但是其成本較低、消耗功率較低的特點，已經被人們接受并越來越多的使用。ZigBee技術的成立前提，是以IEEE802.15.4標準為基礎產生的，并將包括IEEE802.15.4的PHY層、MAC層、ZigBee堆棧層、網絡層(NW K)、應用層、安全服務提供層合理的融入其中。

2 糧倉無線傳感網溫濕度控制系統的總體設計思想

2.1 系統的總體結構設計

無線糧倉的下位機系統，主要是針對各種糧倉溫度搜集設備組成的大結構總稱，無限糧倉的上位機系統，主要是針對各種數據集中處理設備以及上位機所組成的大結構的總稱，上位機系統和下位機系統二者組成了無線通訊糧倉的控制系統。星型網路拓撲是無限糧倉溫度和濕度控制系統所采用的主要結構，對無線糧倉溫度合濕度的相關數據，通過上位機系統中的數據集中處理設備進行搜集，并以一個小范圍無線網絡的形式呈現出來。經過RS-485的處理，將數據集中處理設備與上位機有效的連接起來并讀取、顯示、管理。MCU處理設備、無線收發裝置相結合組成了數據集中處理設備，進而實現了對糧倉溫度和濕度相關數據的收取、保存、傳送、控制等。運用電池，對下位機系統的數據搜集設備提供電能，并對其外部結構進行防腐、密封等處理，使其在環境比較惡劣的情況下，依然可以正常的開展工作。二者之間的通訊方式也是應用無線模式，能夠抵抗比較強烈的影響。在以上的操作過程中，必須保證在一定的范圍內進行，否則就會導致傳送失敗。如圖1所示。

圖1 系統總體結構設計圖

2.2 系統總體功能需求及指標

第一，通過糧倉內部的無線局域網，將搜集到的糧倉內部溫度和濕度的相關數據，保證精確、穩定的進行傳送，進而科學的管理、控制糧倉內部的溫度和濕度情況。第二，將搜集設備設定成以固定周期，對糧倉內部溫度和濕度的具體數據進行搜集的程序，保證其具有一定的動態特征。第三，將糧倉內部溫度和濕度的具體數據在上位機系統中正確、即時的顯示出來，并運用圖形這種直觀感受的方法將存在問題的數據體現出來，并將設備設置成超過標準范圍就會自動警告的模式。第四，將現年即時準確的數據與以往同時期的數據進行比較。第五，以濕度為（10% ～99% RH ）、溫度為（-40～+60℃）的范圍對糧倉內部溫度和濕度的具體數值進行測量。第六，以濕度為≤0.1% 、溫度為≤0.1℃的范圍對糧倉內部溫度和濕度的分辨率進行檢測。

2.3 系統通信方案選擇

（1）IEEE802.11b（Wi-Fi） 技 術。IEEE802.11b技術作為一定范圍內無線網的國際化標準，在最初啟用時，主要是針對規模比較大的辦公室內部或者校園內部使用的，其安全程度比較高，傳輸數據的速度比較快，能夠同時接收100個以內的終端設備同時連接。其優點眾多，是一項性能比較高的網絡傳輸技術，現如今已經被廣泛運用在各種社會活動中。針對糧倉這種規模比較大的環境，IEEE802.11b技術能夠很好的發揮作用，其只要將傳輸設備安置在一定范圍內，不用對齊，也不用考慮中間的遮擋物，就能夠快速的進行數據傳送。因此，可以應用IEEE802.11b技術對糧倉內部溫度和濕度進行管理和控制。

（2）紅外技術（IrDA）。所謂的紅外技術，糾其根本，其實就是將數據以單點對單點的形式，運用紅外線進行傳輸的一種技術手段。其優勢在于對指定頻段的使用權限不用申請，并且消耗功率比較低，單點和單點之間連接比較方便快捷，使用比較方便等。但是其由于使用起來必須將兩個終端設備的位置最大限度的對準，二者之間不能有任何障礙物進行遮擋，并且要在一定的范圍內，否則就無法正常的將兩個設備連接，進行數據的傳送。因此在糧倉這種規模比較大、物品比較多的環境中，紅外技術就不能順利的發揮作用。因此不能應用紅外技術對糧倉內部溫度和濕度進行管理和控制。

3 結語

綜上所述，通過以上對糧倉內部無線傳感網溫度和濕度進行控制的相關操作系統展開的詳細討論，我們能夠清晰的知道糧倉內部無線傳感網溫度和濕度控制的整體結構，以此為基礎，設計出一套嚴謹完善的系統，也就是應用星型網絡拓撲結構，對系統的作用、命令、通訊計劃有比較清晰的了解。使糧倉在實際儲存糧食的過程中，通過無線傳感網技術，能夠游刃有余的對內部的溫度和濕度進行管理和掌控。

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