淺析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在糧庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

唐黎標(biāo)

一、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)分析

根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在建設(shè)糧食儲(chǔ)備庫(kù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)依照一定的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其中主要有糧倉(cāng)和控制室的構(gòu)成。控制室是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，因?yàn)樗钦麄€(gè)控制的中心。控制室的任務(wù)是給糧庫(kù)發(fā)送監(jiān)控命令，同時(shí)用來接收糧庫(kù)里的相關(guān)信息。一般來說，為了準(zhǔn)確檢測(cè)到糧庫(kù)中的相關(guān)信息，大型糧庫(kù)和中型糧庫(kù)需要設(shè)置多個(gè)存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)，這些存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)需要布置多個(gè)傳感的節(jié)點(diǎn)。控制室可以把每一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行匯聚處理。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要注意對(duì)單個(gè)糧倉(cāng)內(nèi)部運(yùn)用一些結(jié)構(gòu)來對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行布置。這樣一來，即使其中某個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)，避免產(chǎn)生大的影響。[1] 一般來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為三層，最上層為遠(yuǎn)程服務(wù)監(jiān)控中心，其主要任務(wù)是接收其它傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)異樣的情況，可以隨時(shí)發(fā)布監(jiān)測(cè)命令。而在系統(tǒng)的中間層，一般設(shè)計(jì)成收集相關(guān)數(shù)據(jù)的子網(wǎng)數(shù)據(jù)，主要作用是負(fù)責(zé)與上層的通信任務(wù)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最底層，主要是各種傳感器的節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞。

二、對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)

（一）關(guān)于幀格式的定義分析

關(guān)于通信協(xié)議的性能方面，它的作用在于決定了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。對(duì)于通信協(xié)議的設(shè)計(jì)，主要是為了有效解決節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)問題。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)引起數(shù)據(jù)的碰撞，從而影響數(shù)據(jù)傳遞與準(zhǔn)確性。另外，通信協(xié)議的設(shè)計(jì)可以降低網(wǎng)絡(luò)的消耗。在通信協(xié)議的設(shè)計(jì)時(shí)，我們通常采用信標(biāo)幀的方式，信標(biāo)幀是無線局域網(wǎng)中定期發(fā)送的一個(gè)管理幀，通過信標(biāo)幀可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。在對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)樾艠?biāo)幀是廣播發(fā)送的，所以，一定要注意信標(biāo)幀的有效負(fù)載問題。此外，還要注意信標(biāo)幀的序號(hào)問題，因?yàn)樾蛱?hào)負(fù)責(zé)匯聚節(jié)點(diǎn)的發(fā)送，通過節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送新一輪的信標(biāo)幀。其次，是數(shù)據(jù)幀。這主要是用于節(jié)點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)的，是由簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)和簇首的節(jié)點(diǎn)發(fā)出的，是傳感器的節(jié)點(diǎn)向匯聚的節(jié)點(diǎn)發(fā)送的，但是數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度不固定。

（二）時(shí)間同步問題

時(shí)間同步也是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不可忽視的一環(huán)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過通信協(xié)議完成相關(guān)的匯聚節(jié)點(diǎn)。當(dāng)廣播發(fā)送簇內(nèi)信標(biāo)幀時(shí)，系統(tǒng)簇內(nèi)接收到信標(biāo)幀后會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)。因此，在系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)簇中的節(jié)點(diǎn)需要設(shè)定它們的休眠時(shí)間，這樣就可以喚醒我們要采集的數(shù)據(jù)，并發(fā)送不同的簇首。

（三）關(guān)于軟件設(shè)計(jì)

在簇首的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行微控制，主要是通過控制器初始化來完成。運(yùn)用各種圖形化的編程方法，可以最簡(jiǎn)單直觀地進(jìn)行顯示，從而可以通過集成儀器采集和控制，也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)于結(jié)果的輸出和用戶界面功能進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。在實(shí)際操作中，要充分地利用計(jì)算機(jī)的硬件和軟件資源，這樣才可以有效地實(shí)現(xiàn)技術(shù)化，從而最大限度地降低成本，也在一定程度上增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能和靈活性。在編程的時(shí)候，也要注意編寫好系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)具有那些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集功能，還有實(shí)時(shí)控制和故障報(bào)警設(shè)置。在對(duì)面板進(jìn)行設(shè)置時(shí)，要注意人機(jī)交互的問題，主要是用來顯示結(jié)果和各種控制按鈕，要注意接口連接問題，這是因?yàn)槌绦虻墓δ埽际峭ㄟ^窗口來實(shí)現(xiàn)的。為了保證系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)可以通過用戶名和密碼來限制登錄，只有進(jìn)入到主界面時(shí)，才可以進(jìn)行相關(guān)的操作。而系統(tǒng)主要是用來顯示溫度和濕度的，這樣就可以實(shí)時(shí)的顯示當(dāng)前糧倉(cāng)的溫度和濕度。然后運(yùn)用相關(guān)的軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。[2]? 在實(shí)際工作中，為了更好的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)采集，應(yīng)當(dāng)采用循環(huán)的結(jié)構(gòu)和程序，但只是做相關(guān)必要的數(shù)據(jù)處理，對(duì)于只存放的數(shù)據(jù)和只讀取的數(shù)據(jù)要注意配合，這樣才可以實(shí)現(xiàn)有限存儲(chǔ)，并且進(jìn)行連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。關(guān)于數(shù)據(jù)的讀取速度，應(yīng)當(dāng)不比采集設(shè)備的緩沖區(qū)存在的數(shù)據(jù)慢，這樣才可以保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。在實(shí)際的操作中，為了可以有效地對(duì)不同的糧庫(kù)進(jìn)行操作，要對(duì)控制界面進(jìn)行快速切換。監(jiān)控界面應(yīng)當(dāng)設(shè)置有可以手動(dòng)設(shè)置溫度和濕度的功能，當(dāng)對(duì)溫度和濕度進(jìn)行讀取時(shí)，出現(xiàn)超限情況指示燈應(yīng)當(dāng)進(jìn)行報(bào)警。設(shè)置手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)，可以對(duì)通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的啟動(dòng)和關(guān)閉，這樣才可以更好地對(duì)糧倉(cāng)中的溫度和濕度控制。

（四）關(guān)于硬件部分的設(shè)計(jì)

關(guān)于硬件設(shè)計(jì)，主要有以下幾個(gè)方面。一是上機(jī)位設(shè)計(jì)。對(duì)于上機(jī)位要選用普通的計(jì)算機(jī)，主要是用來監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的，同時(shí)也應(yīng)用于參數(shù)設(shè)置和糧庫(kù)狀況查詢。在數(shù)據(jù)處理和保存以及糧食情況分析等方面，要有超限報(bào)警功能，也要有報(bào)表打印的功能。同時(shí)也要能實(shí)現(xiàn)多臺(tái)下位機(jī)的通訊，這樣就可以對(duì)多個(gè)糧倉(cāng)進(jìn)行檢測(cè)和控制;二是下機(jī)位設(shè)計(jì)。在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)就是下機(jī)位，主要的功能就是采集各種糧庫(kù)的溫度、濕度、氣味和進(jìn)行紅外線檢測(cè)等信息，然后根據(jù)得到的信息發(fā)送控制命令，通過控制命令來控制現(xiàn)場(chǎng)的通風(fēng)和攝像設(shè)備;三是溫度傳感器選擇。一般情況下，測(cè)溫的范圍是負(fù)五十五度到一百二十五度之間，所以選擇的傳感器，要具有一定的測(cè)溫精度，而且也要注意時(shí)間轉(zhuǎn)換和傳輸距離等問題，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)具有較強(qiáng)的抗干擾性，只有這樣的傳感器，才能在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行溫度測(cè)量; [3] 四是濕度傳感器的選擇。要選擇精度較高的濕度傳感器，在實(shí)際的工作中，要將濕度轉(zhuǎn)換為模擬的信號(hào)，在經(jīng)過輸出以后，轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。濕度傳感器對(duì)精度的要求是較高的，只有這樣才可以在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，確保結(jié)果的穩(wěn)定可靠，而且也要注意使用壽命的問題，這樣才能更好地對(duì)糧倉(cāng)情況進(jìn)行測(cè)量。

三、結(jié)語

在實(shí)際工作中，將傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于糧倉(cāng)監(jiān)測(cè)，是可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)糧倉(cāng)中溫度和濕度的自動(dòng)監(jiān)控管理，并有助于減少布點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)布線復(fù)雜等情況，能有效地解決糧庫(kù)監(jiān)控問題。這種技術(shù)目前廣泛地應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域，將其用于糧庫(kù)監(jiān)控，可以有效地提高糧庫(kù)的管理和監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉宏杰. 無線糧情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].河南師范大學(xué)，2019（12）：63-65.

[2]房亞群，王新勝，孫俊玲.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的糧庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018（06）：111-113.

[3]夏振華，陳躍東，陳孟元.基于C/S構(gòu)架的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在糧庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的研究[J].安徽工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2019（01）：54-57.

（作者單位：杭州市食品有限公司）