基于物聯網技術的智能糧倉監控管理系統應用研究

鄭麗娜

（呼倫貝爾學院物理與電子信息學院，內蒙呼倫貝爾，021000）

0 引言

糧食存儲一直以來就是一個比較熱門的話題，國家一直都比較重視，因為這對于穩定國內的糧價，確保人們不餓肚子起到了至關重要的作用。我國是一個人口比較多的國家，解決吃飯問題一直都是關鍵，因此，國家從建國初期到現在一直在進行糧倉的建設[1]。在以前，糧倉需要派專人24小時守候，后來，由于技術的進步，人們開始利用自動化、智能化技術去管理糧倉，這在一定程度上提高了工作的效率。然而，由于技術不成熟，這些智能化的系統在使用的過程中經常會出現一些問題，例如監控不及時，傳感器警報延遲，系統不穩定等問題時常發生。為了解決這些問題，研究基于物聯網技術的智能糧倉監控管理系統顯得非常有意義。

1 基于物聯網技術的智能糧倉監控管理系統功能

■1.1 物聯網技術的智能糧倉監控管理系統的功能

本管理系統的功能非常全面，能夠精確、高效地監控糧倉內糧食的實際情況。系統的傳感器能夠自動接收傳感器傳來的數據，通過VxWorks系統進行控制。在糧倉中，最需要關注的是對糧食溫度的把控，以及對于室內風扇的操控。在以往，人們都是通過手工的方式進行處理，這帶來的問題是人力資源的消耗，以及時間的浪費，并且不能夠實現自動化、智能化和全天候[2]。如果由于某些原因，室內的溫度發生了明顯的變化，能夠傳感器接收到異常的數據后，會將異常的數據傳到控制中心，控制中心傳達指令到報警器，引發報警器報警。此外，系統還使用了大型的數據庫，實現了對大量數據的存儲。整個系統性能非常穩定，可移植性都非常好。系統的整體技術架構如圖1所示。

圖1 系統數據采集框架

■1.2 基于物聯網技術的智能糧倉監控管理系統組成

對于本基于物聯網技術的智能糧倉監控管理系統，其實它的組成部分也不是很復雜。主要可以分為監控部分、服務器控制部分，以及客戶端。監控部分就包括各種傳感器，自動化的門禁系統，以及其他的一些部分。服務器部分主要就是復負責對監控部分的數據進行處理，下達指令。客戶端部分既可以包含電腦端，也可以包含智能化的手機端[4]。具體的情況如圖2所示。

■1.3 監控設備的相關硬件

對于本系統的監控部分，主要的部分是傳感器部分。傳感器的種類很多，一般來說，會包含溫控的傳感器，聲控的傳感器，煙霧傳感器，紅外傳感器，以及濕度傳感器。系統的控制主板選擇的SPRS模塊，這主要便于通過網絡對傳感器部分進行連接。由于數據傳輸量比較大，系統的控制部分采用了非無線的傳輸網絡，以及超大的帶寬。像門控部分，這個部分的監控器主要是為實現對進出人員的數據進行監控[5]。

圖2 系統組成圖

■2.1 物聯網中的數據傳輸

數據是物聯網中非常重要的組成部分，構建物聯網的目的是將各個節點的信息提供給其他節點。因此，實現物聯網信息傳輸通道，保證信息傳輸可靠穩定，是物聯網技術的基礎。在本系統中，具有各種功能的傳感器通過RS-232，RS485或模擬/數字輸入接口與監控裝置相連。監控裝置收集這些數據，并通過以太網，GPRS或CDMA等技術將數據傳送給對象。在網絡服務器中，服務器存儲數據并進行二次處理。具有適當權限的操作員可以通過客戶端連接到服務器，以獲得實時收集的數據。

■2.2 物聯網中數據傳輸路徑

2.2.1 傳感器到監控設備的數據傳輸

本系統非常重要的部分就是傳感器部分，這個部分就是對糧倉內的環境狀況進行監控，為系統對數據的分析奠定了基礎。當傳感器部分壞掉了，那么整個系統就不能正常運轉了。因此，對于傳感器部分，需要選擇非常好的設備。此外，對于傳輸的方式也有比較大的要求，例如時效性、安全性、快速性，以及穩定性等等。本系統的傳感器部分在數據傳輸的載體上使用的是RS-485總線。此總線能夠與監控設備的各個傳感器進行連接，實現對數據的高效傳輸。

2.2.2 監控設備到服務器的數據傳輸

監控設備使用成熟的Internet技術連接到遠程服務器。以太網設備最常用于將監控設備連接到Internet。監控設備在VxWorks系統中配備了檢測以太網設備驅動程序的以太網功能，可以為應用程序提供基本的Internet服務。后臺線程tMonitor在監控設備上運行，與服務器的后臺處理程序進行通信。智能粒度監控設備上線后，與服務器建立活動連接，授權后與服務器建立TCP連接。

2.2.3 服務器到客戶端的數據傳輸

在本系統中，由于有的部分對于數據的傳輸速率要求有點高，有的部分對于數據傳輸的安全性要求有點高。因此，本系統綜合進行了考慮，選擇了兩種連接方式，如TCP方式和UPD方式。在模式上，本系統選擇的是服務器到客戶端的方式。服務器端主要是應對客戶端的一些請求，然后，對系統的其他部分傳達指令。

3 物聯網數據傳輸路徑的實現與通信協議

■3.1 數據采集接口功能實現

RS-485接口是嵌入式設備的常用接口。由于其傳輸特性不同，采用適當的端子匹配電阻，傳輸距離可達100米以上。同時，可以支持安裝在總線上的多個設備，這極大地方便了現場布線。本系統主要用于溫濕度傳感器，煙霧傳感器等設備。本系統中的RS-485功能是通過CPU-UART接口和485驅動芯片實現的。

■3.2 以太網設備驅動介紹

對于此部分，本系統選擇的是可以不斷改進的網絡堆棧。系統還特意為此部分編寫了驅動程序，將其簡單命名為END。此部分主要是對網絡設備的端口進行管理，具體來說，當為了使用某些網絡設備時，會為其編寫相關的驅動程序，然后，會把一些數據封裝在END里。當然，由于一些特殊的原因，系統還需要使用MUX，從而實現間接的通信。這種接口主要時在使用網絡層協議時會特別關注。

■3.3 通信協議概述

在通信協議上，系統是綜合考慮了很多的情況。TCP的傳輸協議是主要的，但是，也會使用UDP的協議。系統在運用該協議的時候也設計了很多必要的命令，主要是為了處理業務方面的需求。如果業務方面的需求發生了相應的變化，那么，選擇相關的命令類型，然后，去是西安可靠的通信。一般來說，選擇的是自定義協議。

4 總結

當前，糧食的安全問題仍然是一個很熱門的話題。為了降低工作人員的負擔，提高工作的效率，本文開發了一個基于物聯網技術的智能糧倉監控管理系統。以VxWorks系統為核心，其他傳感器為輔助，物聯網服務器為關鍵的系統，該系統能夠很好地監控糧倉的實際情況，一旦有險情會立刻作出報警，工作人員就會及時處理。文章首先介紹了智能糧倉功能與組成；其次，分析了物聯網中的數據傳輸、物聯網中數據傳輸路徑；然后，分析了數據采集接口功能實現、以太網設備驅動程序，以及通信協議介紹。