基于ZigBee技術(shù)的果蔬冷鏈運(yùn)輸環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

程 平

(咸寧市咸安區(qū)馬橋鎮(zhèn)農(nóng)機(jī)服務(wù)中心，湖北 咸寧437020 )

1 系統(tǒng)的工作原理與整體框架

果蔬冷鏈運(yùn)輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集傳輸端、STM32主控平臺(tái)和后臺(tái)監(jiān)控中心3部分組成。系統(tǒng)的整體框架如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)的整體框架

ZigBee協(xié)調(diào)器組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)加入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后，通過(guò)外接的801S震動(dòng)傳感器和DHT11溫濕度傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器匯總各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)串口傳輸?shù)絊TM32主控平臺(tái)，主控平臺(tái)在顯示屏顯示運(yùn)輸車廂內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，再通過(guò)4G無(wú)線模塊將數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)監(jiān)控中心。

2 ZigBee數(shù)據(jù)采集傳輸端

2.1 果蔬運(yùn)輸過(guò)程中的主要影響因子

影響果蔬運(yùn)輸過(guò)程中的主要環(huán)境因子有以下3個(gè)[1]：

溫度。每種水果和蔬菜都有適宜的冷藏溫度，冷藏溫度是影響果蔬新鮮度的重要因素。若冷藏溫度過(guò)低，則會(huì)導(dǎo)致果蔬冷害現(xiàn)象；若冷藏溫度過(guò)高，則會(huì)加速果蔬衰老和劣變。

濕度。冷藏濕度是反映冷藏箱內(nèi)環(huán)境的一個(gè)重要因素。濕度過(guò)高，容易發(fā)生霉變；濕度過(guò)低，容易造成果蔬水分流失。

震動(dòng)。在運(yùn)輸過(guò)程中，車輛的突然加速、減速和路面顛簸導(dǎo)致的震動(dòng)，極易造成果蔬的機(jī)械損傷。

因此，系統(tǒng)采用DHT11溫濕度傳感器采集環(huán)境溫濕度，采用801S震動(dòng)傳感器采集震動(dòng)數(shù)據(jù)。

2.2 ZigBee技術(shù)的原理及優(yōu)勢(shì)

車廂內(nèi)部環(huán)境較小，所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，傳輸速率要求不高，若采用有線的方式采集數(shù)據(jù)，不易于果蔬的囤放和搬運(yùn)。因此，可以采用低功耗、低成本的ZigBee技術(shù)組建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集環(huán)境數(shù)據(jù)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)組成，協(xié)調(diào)器首先組建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)是否有終端節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)入網(wǎng)，若有則為終端節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址[2]。終端節(jié)點(diǎn)采用干電池供電，易于移動(dòng)，節(jié)點(diǎn)可以設(shè)置休眠周期，節(jié)省大量電池功耗。終端節(jié)點(diǎn)以一定的周期采集溫濕度和震動(dòng)數(shù)據(jù)，然后無(wú)線發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器收到數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò)整合處理發(fā)送給STM32主控制器。終端節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 終端節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)

ZigBee終端節(jié)點(diǎn)主要由CC2530芯片、電源模塊、溫濕度傳感器、震動(dòng)傳感器和射頻天線組成。CC2530芯片作為節(jié)點(diǎn)核心驅(qū)動(dòng)各個(gè)模塊、電源模塊提供穩(wěn)定的工作電壓，射頻天線提供通信接口接入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，傳感器采集數(shù)據(jù)后即可發(fā)送至協(xié)調(diào)器。

3 STM32主控平臺(tái)及監(jiān)控端

STM32主控平臺(tái)通過(guò)串口通信與協(xié)調(diào)器進(jìn)行交互，協(xié)調(diào)器上傳環(huán)境數(shù)據(jù)后，經(jīng)STM32主控制器處理后在顯示屏顯示，便于駕駛室人員監(jiān)控。從安全性考慮，用戶還可以在遠(yuǎn)程PC監(jiān)控端監(jiān)控冷藏車廂情況。因此，可以在STM32主控制器外接4G無(wú)線模塊與遠(yuǎn)程PC端監(jiān)控中心建立TCP連接。4G無(wú)線模塊具有高速、穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點(diǎn)。STM32主控制器通過(guò)AT指令驅(qū)動(dòng)4G無(wú)線模塊，可以執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量檢測(cè)、TCP連接、數(shù)據(jù)發(fā)送等操作。遠(yuǎn)程監(jiān)控端與STM32主控平臺(tái)建立連接后，收到上傳的溫濕度數(shù)據(jù)和震動(dòng)數(shù)據(jù)，用戶還可以設(shè)置環(huán)境報(bào)警閾值，當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)異常時(shí)報(bào)警。STM32主控平臺(tái)及監(jiān)控端示意圖如圖3所示：

圖3 STM32主控平臺(tái)及監(jiān)控端示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于ZigBee技術(shù)的果蔬冷鏈運(yùn)輸環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在果蔬運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)冷藏環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提升了水果和蔬菜冷鏈運(yùn)輸過(guò)程中的精細(xì)化管理水平。