基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的糧倉監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

李 林

（開封大學(xué)信息工程學(xué)院，河南開封 475000）

由于受經(jīng)濟和技術(shù)條件的限制，河南省開封市在糧食存儲方面比較落后，主要問題在于糧倉的監(jiān)測大多采用測溫儀器與人工記錄同時結(jié)合的傳統(tǒng)方法，這種傳統(tǒng)的方法消耗了大量的時間和人力，檢測數(shù)據(jù)不夠全面，檢測效率低下，容易耽誤控制溫濕度的最佳時機，從而導(dǎo)致糧食變質(zhì)[1]。該文通過采用無線傳感器設(shè)備、無線網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依照傳統(tǒng)的糧食貯藏工藝，在不改變現(xiàn)有的作業(yè)流程和方式的基礎(chǔ)上，開發(fā)一套更適合開封市糧食貯藏的，具有高可靠性、安全性、靈活性、可擴展性和易操作性的軟硬件結(jié)合的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的糧倉監(jiān)測系統(tǒng)，使其能夠?qū)崟r收集糧食貯藏環(huán)境的溫度、濕度、濃度等數(shù)據(jù)信息，監(jiān)視糧倉情況，監(jiān)測貯藏環(huán)境的變更，分析出糧食貯藏對濕度、溫度、二氧化碳的需求規(guī)律，提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，達到提高糧食貯藏質(zhì)量的目的，引領(lǐng)開封市糧食貯藏方式的轉(zhuǎn)變，促進企業(yè)增收。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由多個功能不同的傳感器組成的，其融合了計算機、通信和傳感器3項技術(shù)。傳感器技術(shù)是設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系的核心與基礎(chǔ)。傳感器的主要部件是敏感元件，通過不同的敏感元件實現(xiàn)對溫濕度、氣體等環(huán)境因素的感知，同時將感知信息自動轉(zhuǎn)化為電學(xué)量和數(shù)字量，便于傳輸和利用[2]。設(shè)施農(nóng)業(yè)中常用的傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)施農(nóng)業(yè)中溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度等的實時檢測，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使得智能高效的新型監(jiān)測系統(tǒng)代替人工進行糧倉監(jiān)測的方法成為現(xiàn)實。

2 ZigBee技術(shù)

ZigBee是短距離無線通信的技術(shù)之一，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建的首選協(xié)議。ZigBee網(wǎng)絡(luò)工作頻段靈活，使用國際通用的2.4 GHz頻段進行無線通信。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由路由節(jié)點、端節(jié)點、中心節(jié)點所組成，自組網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的距離范圍為75 m到幾百米。在每個區(qū)域內(nèi)可以同時設(shè)置200多個ZigBee網(wǎng)絡(luò)，每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)均可以采集數(shù)字數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)，并且能夠支持多達30個傳感器節(jié)點和受控設(shè)備，每個傳感器節(jié)點和設(shè)備均支持8種不同的接口[3]。

3 設(shè)計方案

通過分析開封市糧食貯藏特征和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計方案基于設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基本工作流程，圍繞物聯(lián)網(wǎng)“全面感知、可靠傳送、智能處理”三層結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，方案實施分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3個層次。

3.1 感知層實施方案 該層主要任務(wù)是將大量的傳感器部署成為監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，將環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息。采用溫濕度傳感器、二氧化碳氣體傳感器等對糧倉內(nèi)的溫度、濕度及二氧化碳濃度等環(huán)境值實施實時收集。同時，在糧倉現(xiàn)場安放高清攝像頭，實時采集視頻信息，并對蟲害等可疑信息采取放大識別。用戶通過上位機或移動終端實時查看糧倉內(nèi)的情況。

3.2 網(wǎng)絡(luò)層實施方案 該層設(shè)計采用有線光纖網(wǎng)絡(luò)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的傳輸方式。利用計算機網(wǎng)絡(luò)中的TCP/IP協(xié)議，以及ZigBee、WIFI等短距離無線傳輸技術(shù)，根據(jù)糧倉實際需要，選擇最優(yōu)傳輸方式，降低通信開銷，提高連接質(zhì)量。

3.3 應(yīng)用層實施方案 選擇智能手機作為終端，是因為其功能類似于PC，擁有獨自的操作系統(tǒng)，功能強大，采用Android平臺，通過設(shè)計與開發(fā)，以保證用戶的良好體驗，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程管理，可實現(xiàn)對整個糧倉的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行長期記錄，獲取系統(tǒng)監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，并能夠通過接口實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的控制。

4 結(jié)語

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的糧倉監(jiān)測系統(tǒng)最終使糧倉中傳感器標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化，利用網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)控制裝置的網(wǎng)絡(luò)化，從而實現(xiàn)糧倉環(huán)境信息的實時檢測與控制，提高糧食貯藏的科學(xué)性、主動性，達到減少投入、節(jié)約資源、改善環(huán)境的目的。

[1]陶昆，吳艦.WSN在花卉大棚中的應(yīng)用研究[J].自動化與儀器儀表，2011（5）：101-102.

[2]楊培培.基于移動智能設(shè)備的農(nóng)業(yè)大棚服務(wù)支持系統(tǒng)研究[D].上海：東華大學(xué)，2017.

[3]楊有良，王超，馬翠紅.父親樹路由協(xié)議與加權(quán)數(shù)據(jù)融合的大棚應(yīng)用[J].自動化儀表，2017（2）：57-60.