粮仓环境监控系统该述

2024-07-15

粮仓环境监控系统该述（4篇）

1.粮仓环境监控系统该述篇一

1 系统原理及总体设计方案

该系统由粮仓温湿度传感器无线采集节点、Zig Bee数据接收中心、上位主机三个部分组成。其结构图如图1所示。温湿度传感器采集节点分布在粮仓内的各个监测点, 然后通过Zig Bee传感网络与Zig Bee数据接收中心通信;同时Zig Bee数据接收中心利用RS-232串口与上位机进行通信, 最后可以在上位进行数据采集控制和数据显示查询等。

2 系统硬件设计

2.1 CC2530外围电路

系统硬件核心是CC2530模块, 其中Zigbee数据接收中心是有CC2530模块来完成。

CC2530是Zig Bee联盟设计的一款真正的SOC解决方案, 它集合了增强型8051微控制内核, 前端设有RF无线收发功能, 8KB的RAM, 强大的AES-128安全加密功能[3]。CC2530结合了德州仪器的业界领先的黄金单元Zig Bee协议栈 (Z-Stack) , 提供了一个强大和完整的Zig Bee解决方案。

2.2 电源电路

各个采集节点和信号传输模块的电源部分主要是为该模块提供一个稳定的工作电源, 将5V的直流电源转换稳定3.3V电源, 电路中采用的3.3V的稳压芯片是AMS1117。

2.3 温湿度采集电路

本设计温湿度传感器选用广州奥松电子有限公司的AM2305数字式温湿度传感器。该传感器采用数字模块采集和温湿度传感技术, 使其具有体积小、性价比高、精度高和稳定性好等优点。它的测温范围是-40~125℃, 精度±0.2℃, 分辨率0.1℃, 测湿范围是0~100RH%, 精度±2RH%, 分辨率0.1RH%, 完全可以满足测量要求。该传感器采用单总线数据格式, 只需要一根数据线外加电源线和接地线即可实现与MCU的通信。它的供电电压为3.3~6V, 上电后需要延时1s以等待数据稳定, 采样周期最小为2s, 考虑到传输距离建议当数据线短于20m时用5K的上拉电阻, 当大于20m可根据实际情况调整。根据上述要求设计的AM2305接口电路如图2所示:

2.4串口电路

在3.3V系统, 所以使用了MAX3232进行RS232电平转换, MAX3232是3.3V工作电源的RS232转换芯片。在数据接收中心节点收到信息后通过串口发送给上位机。

3 系统软件设计

系统的软件设计能够实现系统的功能, 通过对系统的硬件部分进行软件编程, 来实现Zig Bee网络的建立;温湿度数据的采集;各节点数据的传输最后显示在PC机上。本系统利用的协议栈是TI的Z-STACK。Zig Bee协议栈运行在一个OSAL (操作系统抽象层) 上, 该操作系统是基于任务调度机制, 通过对任务的事件触发来完成任务调度, 各种不同的任务在不同的层次上运行, 通过层的服务来完成数据传输的任务[4]。本设计的软件部分主要由Zigbee数据接收中心和数据采集节点两个部分组成。

3.1 Zigbee数据接收中心软件设计

Zigbee数据接收中心作为星型网络的中心节点, 在一个Zig Bee网络中它作为协调器。它的作用主要是负责启动和配置一个网络, 允许数据采集终端设备的加入, 负责绑定表的维护和负责整个网络的正常通信等。当一个网络启动和配置好之后, 此时Zigbee数据接收中心主要负责完成从数据采集终端节点接收数据并将接收的数据通过串口发送到上位进行处理。Zigbee数据接收中心的工作流程如图3所示。

3.2 数据采集节点软件设计

数据采集终端节点的任务主要是实现请求网络的加入和退出, 绑定的请求, 对传感器的数据进行采集和发送等功能, 工作流程图如图4所示。

4 结语

基于CC2530和Zig Bee技术设计了一种粮仓环境监测系统。该系统的上位机软件是利用C#对串口编程实现, 能够实时地通过串口从数据接收中心接收到监测的环境的温湿度数据。在不同温湿度条件下进行测试, 结果表明, 该系统能较准确地得到温湿度数据并发送到数据接收中心, 且通信距离测试完全满足设计要求。

参考文献

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[3]刘慧, 王鸣.基于CC2530的温度监测系统设计[J].工业控制计算机, 2012, 25 (4) :49-50

2.农垦粮仓温湿度无线监控系统探究篇二

根据科学的数据证实, 大多数蛀虫和霉菌的生存温度在10摄氏度以上, 低于这个温度, 害虫即丧失活动能力和停止繁殖, 而相对湿度在65%以下, 多数霉菌就无法正常发育。目前, 国内生产的粮情监测系统品种繁多, 现场检测电路和上位机的通讯大多采用RS-485, 使整个系统抗干扰能力差, 实时性和纠错能力不强, 增加了节点困难。当某一通信节点出现故障时, 还会影响整个系统。因此, 为了提高粮仓监控系统的可靠性, 设计了基于的粮仓温湿度无线监控系统。

1 系统的总体组成

粮仓监控系统由监控中心、无线监控通信终端、智能监控器和GSM无线通讯网络组成。采用GSM通信模块TC35i实现无线数据传输的通信终端, 该终端通过模块化设计和高度可靠的传输机制, 能够很好地完成粮仓温湿度监控系统的无线数据传输功能。监控系统智能控制器以单片机MC68HC912BC32为核心…, 通过传感器检测粮仓内的温度、湿度等因素, 并对检测到的信息进行判断, 每个监测点安装一台温湿度控制器, 通过一根4芯通讯线联接到无线短线报警器上。用户可根据需求自行设定每台温湿度控制器的温湿度超限值, 任何一个点位的温湿度控制器监测到的温湿度数据超标时, 无线短信报警器都会发短信信息到管理人员手机上, 每台温湿度控制器都有属于自己的地址码, 管理人员看到短信就能知道哪个监测点出现问题, 能够及时进行相关处理, 非常方便监管。也可将数据直接发送至监控电脑。

2 监控系统的硬件实现

2.1 无线监控通讯终端硬件

无线监控通讯终端采用讯模块, 配以MAX3232实现电平的转换。TC35i与GSM 2/2+兼容、双频 (GSM900/GSMl800) 、RS232数据口、符合GSM0707和GSM0705, 且易于升级为GPRS模块模块集射频电路和基带于一体, 向用户提供标准的AT命令接口, 为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输, 方便用户应用开发及设计。TC35i有40个引脚, 通过一个ZIF (零阻力插座) 连接器引出。这40个引脚可以划分为5类, 分别为电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。其中, 15脚为点火线IGT, 当TC35i通电后须给IGT一个大于100ms的低电平, 模块才启动。数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器, 符合接口标准。它有固定的参数:8位数据位和l位停止位, 无校验位, 波特率在300-115kbps可选, 硬件握手信号用RTSO/CT件流量控制用XON/XOFF, CMOS电平, 支持标准的AT命令集。

2.2 智能控制器硬件组成

智能控制器主要有4部分组成:Motorola单片机MC68HC912BC32最小系统、传感器电路、液晶显块和键盘。通过键盘设定/输入监控中心的电话号码, 并由液晶显示屏实现人机交互功能。处理器CPUl2, 支持背景调试模式, 程序存储器, 具有SCI, SPI和tus CANl2串口, 8通道10位A/D转换, 最大I/0数为63。x液晶显示模块显示模块采用带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式的FYDl2864-0402B, 内部含有国标一级级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块:内置8192个16×16点汉字, 与128个16×8点ASCII字符集也可完成图形显示。

采用相对湿度传感器HIH36并配合一线总线智能电池监视器件实现湿度采集, 组成一种完全符合一线总规范的湿度传感器。相对湿度传感器HIH3610在供电电压为5V时, 其消耗电流仅为200m A, 故完全可满足一线总线对器件低功耗的要求, 由于一线总线上供电电压值为变量, 故要求在进行湿度测量的同时还应测量电源电压K州的值。HIH3610测量湿度值还与环境温度有关, 故应进行温度补偿, 因此, 为得到准确的湿度测量值, 还应在测量湿度的同时测量环境温度和一线总线电源电压值。

DS2438硬件资源有2个ADC和1个温度传感器;电压ADC对0-IOV输入信号实现10位变换或通过内部多路开关对0-5V输入信号实现9位变换, 用来读取加在电源引脚上的电压硬件资源有2个ADC和1个温度传感器, 电压ADC对0-10V输入信号实现10位变换或通过内部多路开关对0-5V输入信号实现9位变换, 用来读取加在电源引脚上的电压。智能型数接度传感器, 它采用一线接口, 既可通信, 又可通过数线供电, 只需占用微处理器的一个I/0位;并且Sl8820将测得的温度信号转换为数字量输出, 可以接与微处理器相连, 大大简化了电路的设计。

3 监控系统软件

本系统程序设计的任务是:一是温湿度的采集与处理;二是TC35I的启动、状态检测;三是智能控制器与TC5i的串口通信;四是键盘扫描设定发送手机号与液晶显示。系统软件主要由初始化模块、检测模块程序、串口发送模块程序和显示模块4部分组成。目前, 发送短消息常用Text和PDU (Protocol温度值Unit, 协议数据单元) 模式。使用Text模式收发短信息代码简单, 实现起来容易, 但缺点是不能收发中文短信;而PDU模式不仅支持中文短信, 也能发送英文短信。PDU模式收发短信可使用3种编码:7-bit, 8-b和UCS2编码。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符, 8-bit编码通常用于发送数据消息, UCS2编码用于发送Unicode编码字符。单片机与TC35i的软件接口其实就是单片机通过AT指令控制手机的控制技术, 首先设置TC35i模块的工作模式;AT+CMGF=n, /7, =0为PDU模式, 文本模式;通常设置为PDU模式, 在这种模式下, 能传送或接受透明数据 (用户自定义数据) 。AT+CMGL=凡为读TC35i模块内的短消息, n为短消息信号。列出模块内的短消息, n=0时未读的短消息, 忍=1为已读的短消息, 凡=2为未发送的短消息, 凡=3为已发送的短消息, n=4为所有短消息。AT+CMGL=n为删除TC35i模块内的短消息, /'t为短消编号。通过TC35i写入不同的AT指令, 能完成多种功能, 如网络登录、发送SMS消息、接受SMS消息等。

4 结论

整套监控系统适合农垦粮仓的温湿度监控, 它基于传感技术、网络技术、信息管理技术、通信技术等先进技术为主体, 按照分布式原则设计, 以全数字信号进行传输, 提高了系统的可靠性和可维护性。通过我们的专用温湿度监测软件接收、显示、分析、监测, 从而达到实时监控被测点位的温湿度环境变化。是一套可无人值所, 能24小时不间断实时监控记录的自动化监测系统。

摘要：对于农垦的生产而言, 粮食的储存问题一直是备受关注的难题, 粮仓内温、湿度的高低, 对能否安全储粮起着关键作用。如何有效地控制和改变粮仓内部的温度、湿度, 是我们一致长期研究的问题。以单片机MC68HC912BC32为核心, 配以温度传感器和总线湿度传感器组成监控器, 采用西门子TC35i及其外围电路构成无线监控通讯终端, 利用GSM无线通信网络实现对粮仓内的温湿度进行智能监控, 为粮仓温湿度无线监控系统的设计提供参考依据。

3.无线粮仓温湿度控制系统的设计篇三

粮食储藏时由于温度、湿度超标会出现发热、霉变等情况, 许多粮食储备库占地面积广、规模大, 仓房数量多、容量大, 人工检测难以保证及时准确掌握存储过程中各项监测指标的变化情况, 粮仓温湿度控制系统就是利用电子、计算机、网络技术来实现对粮库温度、湿度的实时检测, 若出现超标, 则开启通风设备进行降温降湿, 同时可以对检测数据进行分析预测, 对粮食的收购、储藏、调运等各项指标进行管理, 提高粮库经济效益和保障粮库的安全。

目前粮情采集监控系统多采用有线通信和直接供电的结构, 系统存在布设困难、故障率高、难以维护等弊端, 经常会发生由缆线引入雷击而损坏系统、粮食倒仓机械碰撞或鼠害造成线路损坏等事件, 采用无线通信技术和电池供电, 解决了传统粮情信息系统中存在的缺陷, 通过无线通信的方式来减少数据线的布置, 通过电池供电的方式来减少电源线的布置, 这样使整个系统更加灵活多变、易于维护及扩展。

2 系统整体结构

在本系统中, 采用三层结构, 如图 1。第一层是上位机, 置于机房内, 使用PC机作为上位机, 通过无线与各分机通信, 寻呼各分机和接收从各分机来的数据, 将接收并处理完的数据显示、打印、备份或利用网络传到远程计算机, 以及完成各种管理功能。第二层是分机, 安装在粮仓外, 每个粮仓一般由一个分机负责, 每台分机通过无线通信连接相应仓内的若干下位机, 然后将各下位机采集数据打包发送给上位机, 还可以采集仓外的温、湿度信息及控制通风设备。第三层是下位机, 安装在粮仓内, 一个仓内可以有若干个下位机, 下位机采集粮仓的温湿度信息, 每个下位机通过电缆连接若干测温传感器, 其测温传感器埋于粮食中, 如:3×5负责检测5条电缆以及每条电缆上有3个传感器, 另外下位机还负责检测仓内温度, 将所有检测数据打包并通过无线通信上传给分机。

上位机程序采用VB编写, 负责对来自主机的数据进行接收、存储、数据与温湿度转换, 以及完成各种功能: 管理、巡检、报警等。PC机与通信机之间采用RS232方式通信, 通信机负责寻呼各主机, 通信机与各测温主机、各测温主机与相应的测温下位机之间采用无线通信方式进行数据的交换。采用ATmega128L和CC2420构成各无线发射、接收模块, 采用SHT11型数字式温湿度传感器来采集温湿度信息。

3 无线通信及数据采集的设计

无线通信模块由发送模块和接收模块构成。通信机与分机、分机与下位机之间的通信都使用无线通信模块, 它们除了通信协议不同外, 硬件组成相同。

考虑低功耗、低成本, 采用ATMEL公司的低功耗CMOS工艺生产的8位微控制器ATmega128L, 通过软件编程或硬件复位等方式来控制处理器进入睡眠模式, 节省能耗。同时, 各种睡眠模式都有各自的唤醒源, 当有数据需要处理器处理时, 便可由唤醒源将其唤醒, 进入工作状态, 一旦处理完成, 再次进入睡眠状态。采用这种工作方式, 处理器能够最大限度地节约能耗。

传输模块采用的是射频芯片CC2420, 它是Chipcon公司的适用于ZigBee产品的RF器件。ZigBee是一种低速率、低功耗、短距离无线接入技术, 是为低速率传感器和控制网络设计的无线网络协议。图 3、图 4分别为发送、接收模块软件流程图。

数据采集采用SHT11型数字式温湿度传感器来进行粮仓内温湿度的测量, SHT11是瑞士Sensirion公司生产的具有I2C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器, 由于其单片集成设计, 可以使整个模块的体积更小, 功耗更低。避免了传统温湿度测量温度传感器和湿度传感器分离, 独立器件多、功耗大的缺点。

SHT11的串行时钟输入 (SCK) 和串行数据 (DATA) 两引脚分别与微处理器ATmegal128L的PC0和PC1脚相连。传感器SHT11根据SCK和DATA不同的高低电平时序完成不同的功能, 微处理器ATmegal128L对SHT11的控制是通过5个5位命令代码来实现, 命令代码的含义如表 1。

4 上位机功能的设计

上位机的总体功能如图 5。

(1) 系统管理:

包含如下二级子菜单:用户管理、仓号管理、环境设置。用户管理设置用户名及密码;仓号管理用来添加、删除仓号;环境设置用来设置备份时间间隔, 备份起始时间, 温度上限。

(2) 温度巡检:

开始、关闭温度巡检。通过通信从分机获得检测点温度信息。

(3) 巡检控制:

包含如下二级子菜单:按仓显示、水平显示、轮回巡检、后台巡检、巡检仓设置。按仓显示将检测结果按仓界面形式显示, 一屏显示一个仓的情况, 而仓界面由若干个仓截面组成, 一个截面由一个下位机控制, 截面行数表示一条电缆所带传感器数, 截面列数表示一个下位机所带电缆数, 按仓显示的优点是显示图形与实际的位置对应, 这样若显示某一传感器超限, 可以快速知道它的实际位置。水平显示将检测结果按下位机分为若干行, 每行又按照不同电缆分为若干组, 水平显示的优点是数据排列整齐紧凑, 每一行对应一个下位机, 每一行数据又按电缆分组, 略加分析就可以找到对应实际位置。轮回巡检是按照可巡检仓的设置依次巡检每一个仓, 同时将每次巡检的结果实时显示出来。后台巡检是指巡检在后台进行, 仍然是依次巡检每一个仓, 但显示的结果只有选择仓, 用鼠标点击可改变选择仓。巡检仓设置是用来选择哪些仓参加巡检。

(4) 报警设置:

分开启报警、报警音乐选择。当温度超过环境设置中的温度上限时, 若选择了开启报警, 则用红色显示该检测点, 同时播放报警音乐。

(5) 查询:

可以查询某点、某粮仓的历史数据及变化曲线。

(6) 打印:

分粮仓情况、全部打印、按仓打印、按从机打印。粮仓情况可以输入粮仓管理信息, 负责人、管理员、操作员、仓号、品种、等级、性质、水份、杂质、容重、数量、入库时间。

(7) 备份恢复:

包括当前备份、历史恢复。当前备份对数据进行备份, 若输入日期, 则备份为输入日期数据, 若不输入, 则备份为当前日期数据。历史恢复可以选择某一备份数据, 将机器数据恢复为该历史数据。

(8) 程序调试:

包括打开串口、发分机呼叫、温度校正。用来调试程序, 对检测来的数据进行校正。

5 运行数据分析

使用SerialTrace软件跟踪串口进行调试, 以上位机与分机通信为例, 运行数据如图 6所示 (第一组为向串口发送的数据, 第二组为从串口接收的数据) 。

数据分析:由协议可知, 第一组数据为上位机发出的7个字节的呼叫 (第一位16表示从上位机到分机) , 呼叫的分机号为1, 信息包长度为2 (该位与校验位之间的长度) , 校验位81 (为信息包长度位与校验位之间的各位和) 。第二组为分机回应上位机呼叫的应答数据, FA为分隔位, FA之间为一个下位机返回的数据, FA位之后的第五位表示传感类型, 即为下位机带几条电缆及每条有几个传感器, 传感位之后为各个检测点的数据, 该数据经过校正为测试数据。

6 结束语

本文针对传统粮仓监控系统的不足, 提出了一个基于无线传输的粮仓温湿度控制系统, 并给出了系统的硬件与软件实现, 经过实际运行、调试, 该系统能够可靠运行, 实现了设计要求的各项指标。本系统有效地解决传统有线传输粮仓监控系统中连线繁多、可扩展性差等缺点, 具有通信可靠、投资少、利于扩展等优点。本系统稍加改造可应用于其它需要近距离无线监控的场合。

摘要：该系统采用三层结构, 使用CC2420射频芯片、ATmega128L单片机、SHT11数字温湿度传感器组成下位机、分机, 上位机使用PC机, 该系统能实现实时检测粮仓温湿度, 并通过无线方式传送数据, 能实现粮仓管理、超限报警、查询打印等各种管理功能, 与传统的粮情检测系统相比, 具有易于布设、维护、扩展等优点。

关键词：无线通信,温湿度巡检,三层结构,CC2420芯片

参考文献

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4.粮仓环境监控系统该述篇四

关键词：粮仓监控系统,立柱式,ZigBee,LabVIEW,智能化

0 引言

粮食储藏过程中,温度与湿度是其重要的技术指标,实时检测数据可动态显示仓库粮食温湿度及虫害等变化情况,为高质量储存粮食提供了技术保障。通过对各大粮仓的实地考察了解到,我国应用于粮食储藏的粮情检测系统大多采用导线式热电偶检测系统。这种采集系统需要在仓库布置大量的电缆, 安装和拆卸繁杂。在通风控制方面,主要依靠工作人员的经验判断,通过分布在粮仓底部的笼形鼓风通道对粮仓内部长时间鼓风,容易造成通道周围粮食过于干燥而引起质量下降。为了保证粮食储备的安全性和控制操作的科学性,设计了一种基于ZigBee无线传感器网络的立柱式粮仓监控系统,并利用LabVIEW搭建可视化界面控制粮仓各系统,从而实现科学的智能化管理。

1 总体设计

为实现科学保粮,必须对粮仓内外环境温度、环境湿度、粮食温度、多种有害气体浓度、粮食水分以及储粮害虫等粮情参数进行综合检测[1]。其中,粮食的温度检测是我国粮食储藏技术标准中最为重要的指标。本文设计的粮情监控系统以温度为测控对象,同时具备一定的扩展性,为其他参数监控的加入预留空间。系统整体结构原理图如图1所示。

系统通过安装在粮仓内部的无线传感器节点对各个地点的参数进行检测,并将检测结果经路由器送至协调器,再通过可视化界面直观显示出粮情参数。同时,监控人员可根据显示结果对粮仓内部出现异常情况的区域进行定位,通过远程控制实现对特定区域的精确鼓风,进而准确高效地改善粮仓内部环境。该新型设计与现有的系统相比,性能得到很大提高。

2 硬件结构设计

2.1 机械部分设计

机械部分设计采用立柱式鼓风通道代替现有粮仓的笼形式鼓风通道,有效地避免了现有结构在装运粮食时的不便以及通风效果不佳影响粮食质量的缺点。局部结构图如图2所示。

1.通风口 2.网孔立柱 3.通风立柱 4.通风槽 5.步进电机

立柱设计为内外双层结构。外层固定一个直径略大于该立柱的网孔立柱,用于防止粮食进入立柱上的通风口以及避免粮食对立柱转动产生阻力。网孔立柱内侧设置通风槽和温湿度检测节点。该系统采用的立柱式鼓风通道可以精确控制通风立柱的转向,从而实现智能通风。当温度传感器节点检测到粮仓内部某处因粮食霉变或虫蛀等原因使温度异常而需要通风时,监控中心自动远程控制步进电机,从而带动内层立柱转动,使立柱上的通风槽对准温度异常方位进行精确通风。直至温度正常后,自动停止通风。

目前,我国粮仓通风系统主要采用人工方式控制鼓风机工作,通过地面的笼行镂空管道实现自下而上的大面积鼓风,其通风时间仅依靠工作人员的经验判断和局部参数检测结果。此方式将导致部分方位通风不足和通风通道周围粮食因通风过度而干燥,最终致使粮食质量下降。改进后的通风系统即可通过立柱式鼓风系统的智能化控制有效解决此问题,实现定时和定向智能鼓风,保障粮食储存的安全性。

2.2 传感器节点的选择和布局

目前,我国各大粮仓大多采用电缆内部安装热电偶和热电阻等测温元件,测温元件随电缆竖直插入粮食内部,传感器的安装费时费力,测量精度不高。本系统采用DS18B20数字温度传感器,接线简单,使用方便,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。其测温范围为-55～+125℃,固有测温分辨率为0.5℃[2]。DS18B20在与微处理器连接时,仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯,并支持多点组网功能,实现多点测温。因此,使用DS18B20温度传感器可以有效实现本系统组网功能,方便、准确地读取数据信息。

在该粮仓监控系统中,采用ZigBee技术组成的无线传感器网络覆盖整个粮仓各区域。其中,无线传感器节点分层安装在通风立柱上,传感器节点分布图如图3所示。

1.路由器 2.无线信号 3.控制中心4.立柱 5.粮食层 6.控制中心 7传感器终端节点

在粮仓中,通风立柱上均匀安装Zigbee终端节点。每个标准平顶粮仓长30m,宽21m,高6m。依据国家标准,粮温传感器的密度为仓内水平方向不大于5m,垂直方向不大于1.2m[1]。本系统在每个立柱的竖直方向均匀布置3层传感器,每层放置3个且各自相差120°的CC2530节点,与之连接的DS18B20引伸至立柱外,直接检测粮食温度参数。

3 软件设计与实现

3.1 zigBee技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)是由大量无处不在的、具有通信与计算能力的微小传感器节点组成,密集布设在无人值守的监控区域,构成能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治监控网络系统。ZigBee主要应用在距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间,典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据[3,4]。与其他无线网络技术相比,ZigBee技术突出的特点是低成本、简化协议以及免协议专利费。低功耗:在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月,甚至更长;近距离:当增加RF发射功率后,传输距离可增加到1～3km;低速率:满足了低速率传输数据的应用需求;高容量:1个主节点最多可以管理254个子节点,最多可组成65 000个节点的大网;高安全性:短时延,一般从睡眠转人工作状态只需15ms,节点连接进人网络只需30ms,进一步节省了电能[5]。ZigBee技术的突出特点为其运用于粮仓监控系统提供了技术保证。

3.2 总体流程

在网络中,每个节点都有一个16位的短地址和一个64位的长地址码。短地址用于本地网络设备中的通信,而长地址则可以与本地网络之外其他的设备通信。

数据的发送是以建立网络为前提的。与计算机相连的节点作为协调器,负责建立网络、接收数据和发送数据,其他节点作为终端,主要负责发送数据。协调器总体流程图如图4所示。

终端节点传感器模块是重要组成部分,负责完成粮食存储所涉及的主要环境参数的检测,一般包括温度传感器模块和湿度传感器模块。主要硬件为数字式传感器及其辅助电路,包括传感器工作电路和信号处理电路[6]。本系统中,终端节点主要分为温度传感器节点、鼓风机及电机控制节点。

终端加入网络的前提是协调器已经建立了网络,并且协调器允许其加入。在本系统中,终端节点主要是向协调器发送采集到的温度数据,接收协调器发送的相关命令,从而实现具体的智能化控制。终端节点的程序流程图如图5所示。

3.3 具体实现

温度传感器节点由CC2530和DS18B20组成,主要负责把采集到的数据发送到协调器。温度节点启动后先初始化,当其成功加入网络后,启动定时器;当定时时间到后,启动采集温度事件,向协调器发送采集到的温度。

鼓风机节点主要由一个CC2530模块和步进电机组成,负责接收协调器发送来的命令,控制步进电机的旋转和鼓风机鼓风。

鼓风机节点在启动后先初始化,当其成功地加入网络后就进入休眠状态;当温度超过一定界限时,协调器会主动地向鼓风机节点发送相对应的命令;鼓风机节点接收到命令后,立刻进入工作状态;鼓风机节点将根据协调器发送的命令自动控制进电机旋转一定的角度,鼓风机开始鼓风;鼓风结束后,鼓风机节点又会进入休眠状态,重复以上工作。

3.4 上位机

LabVIEW是一种图形化的程序开发环境,丰富的库函数专门为信号处理和通信等功能而设计[7]。在设计中,作为各传感器节点实时数据的显示平台,监控人员可根据界面显示观测到粮仓内部的各个参数。当检测到粮仓内部参数异常时,系统会自动报警。针对温度检测制作的可视化界面如图6所示。

4 结论

1)本文提出了基于ZigBee无线传感器网络的立柱式粮仓监控系统设计方案。

它将ZigBee技术运用于立柱式通风系统中,实现了对粮仓内各个区域的温度信息在任意时间的采集、处理和分析,从而控制通风系统智能化工作。

2)定向、均匀、定量及“立柱式”鼓风通道的设计新颖独特、科学合理。

通过现场模型检测结果和控制效果分析,此系统其具有操作简便、低成本、低功耗、自动组网、精确性高以及可推广性强的特点,可替代现阶段各大粮仓的监控系统,满足现代粮仓智能化的管理需求,应用前景良好。

参考文献

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