多點(diǎn)無線溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

周敏

摘 要：我國(guó)是一個(gè)糧食大國(guó)，而儲(chǔ)存糧食的倉(cāng)庫(kù)的溫濕度則直接影響儲(chǔ)存糧食的質(zhì)量，如果溫濕度達(dá)不到要求就會(huì)引起糧食的變質(zhì)，給國(guó)家的經(jīng)濟(jì)帶來?yè)p失，因此科學(xué)有效的監(jiān)測(cè)糧庫(kù)的溫濕度變化是非常必要的。本文主要提出了一種和糧食存儲(chǔ)有關(guān)的溫濕度監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要思想是利用無線通信來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)糧倉(cāng)溫濕度變化。本設(shè)計(jì)采用溫濕度傳感器SHT11來實(shí)現(xiàn)對(duì)糧庫(kù)溫濕度的采集，采用低功耗的MSP430單片機(jī)控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟捎胣RF905模塊無線通訊方式，利用RS-485實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間的通信。

關(guān)鍵詞：糧庫(kù)監(jiān)測(cè) 無線通信 溫濕度傳感器 RS-485

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

1 研究背景及意義

我國(guó)是一個(gè)糧食大國(guó)，糧食的儲(chǔ)存量非常大，在儲(chǔ)存糧食方面，一般都是用倉(cāng)庫(kù)來存儲(chǔ)糧食。在存儲(chǔ)糧食的過程中易受到天氣等自然因素的影響，而在這些因素中，兩個(gè)主要因素是溫度和濕度。在正常情況下，糧食的含水量在12%以下為安全狀態(tài)，不會(huì)導(dǎo)致溫度的變化，但是如果糧庫(kù)的含水量超過20%，糧食由于受潮，新陳代謝會(huì)加快導(dǎo)致糧食溫度發(fā)生變化，致使糧食生蟲，發(fā)生霉變等，這將會(huì)造成糧食的大量浪費(fèi)，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)帶來巨大損失。因此，如何監(jiān)測(cè)糧倉(cāng)的溫濕度變化防止糧食的浪費(fèi)就顯得尤為必要了。

傳統(tǒng)的糧庫(kù)溫濕度監(jiān)測(cè)方法主要有2種：一是利用手持式溫濕度測(cè)量?jī)x器進(jìn)行人工監(jiān)測(cè)，由于我國(guó)糧食的存儲(chǔ)量極大，因此該方法存在工作量大、效率低等缺點(diǎn)；二是在我國(guó)，大多數(shù)的糧倉(cāng)還是采用有線方式來進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這就需要鋪設(shè)大量電纜，這就存在布線困難，信息分散，不易管理等缺點(diǎn)。

在計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)不斷發(fā)展的今天，大多數(shù)產(chǎn)品都趨于智能化，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)不再適用了，其正在逐步被智能高效的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所取代。智能高效的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般采用傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的采集，通過無線通信的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。為此，研究與設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，基于溫濕度傳感器和無線通信的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)糧庫(kù)各個(gè)地方的溫度及濕度變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象便可發(fā)出警報(bào)，通知人們及時(shí)處理，有效提高工作效率和減少事故發(fā)生有著重要的實(shí)際推廣價(jià)值和理論研究意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無線通信的糧倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由上位機(jī)模塊和下位機(jī)模塊兩個(gè)部分組成，其中上位機(jī)模塊包括數(shù)據(jù)集中器和上位機(jī)，下位機(jī)模塊是指糧倉(cāng)各個(gè)地方的溫濕度傳感器。數(shù)據(jù)集中器是一個(gè)小型無線網(wǎng)絡(luò)，由糧倉(cāng)各個(gè)地方的溫濕度傳感器連接組成。數(shù)據(jù)集中器主要由處理器、無線收發(fā)模塊等部分組成，實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、接收、發(fā)送數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等功能，并且通過RS485總線與上位機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示與控制等。

2.1 主控電路

本系統(tǒng)選用MSP430F149作為主控制器。MSP430F149是一種由TI公司推出策新型混合信號(hào)處理器，采用了最新低功耗技術(shù)，其工作電流在0.1-400 pA 之間，它沒有什么外圍模塊，而是將這些大量的外圍模塊整合到芯片內(nèi)，因此適合于開發(fā)和設(shè)計(jì)單片系統(tǒng)。

MSP430F149單片機(jī)具有低電壓、超低功耗的特點(diǎn)。MSP430F149之所以具有很高的精度是在于它具有12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這使得它比其它產(chǎn)品更為優(yōu)越。而且MSP430F149有兩通道串行通信接口，可用于與計(jì)算機(jī)進(jìn)行異步或同步串行通信。

2.2溫濕度采集電路

溫濕度采集電路的核心器件是SHT11芯片。SHT11采用了CMOSENS技術(shù)，其可靠性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性比其它產(chǎn)品要好。SHT11的總線接口是IIC總線接口，它的CRC傳輸校驗(yàn)比較可靠，抗干擾能力強(qiáng)，無需外圍原件，小體積，低功耗等特點(diǎn)。

傳感器SHT11具有多種功能，如溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A/D轉(zhuǎn)換等。該芯片由一個(gè)濕度敏感組件和一個(gè)溫度敏感組件所構(gòu)成。傳感器SHT11檢測(cè)到的信號(hào)由這兩個(gè)敏感組件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。為了將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)必須先進(jìn)入信號(hào)放大器進(jìn)行放大，然后已經(jīng)放大的信號(hào)再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，最后為了將信號(hào)輸出為數(shù)字信號(hào)必須通過二線串行數(shù)字接口。

SHT11的SCK 用于微處理器與STH11 之間的通訊同步，為了將數(shù)據(jù)讀取出來，SHT11采用了DATA 三態(tài)門。DATA的狀態(tài)發(fā)生改變是由于 SCK 時(shí)鐘到達(dá)下降沿造成的，并且其有效性僅在SCK 時(shí)鐘處于上升沿時(shí)才存在。此外，只有當(dāng)SCK處于高電平時(shí)DATA數(shù)據(jù)線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)才有效。

2.3 無線數(shù)據(jù)傳輸電路

為了將數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸，數(shù)據(jù)傳輸模塊采用的是nRF905芯片。它的工作電壓在1.9-3.6V之間，總共有32個(gè)引腳，采用了QFN封裝。它有3個(gè)ISM工作頻道，分別是工作433/868/915MHz，有512個(gè)通訊頻道，這些通訊頻道可用于多點(diǎn)通訊、分組、跳頻等，有4個(gè)發(fā)射功率，可分別設(shè)置為：10dBm、6dBm、-2dBm和-10dBm。nRF905有SPI接口，這個(gè)接口包括5個(gè)寄存器，工作時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行配置，進(jìn)行什么操作可由一條SPI指令來決定。SPI接口激活是由于其處在掉電狀態(tài)和Standby狀態(tài)下造成的。nRF905在工作時(shí)為了將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，需要利用MSP430通過SPI總線在待機(jī)狀態(tài)下把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中，一次最多只能裝入32 B。而且CPU為了接收有效數(shù)據(jù)，必須通過SPI總線將nRF905內(nèi)部接收數(shù)據(jù)寄存器中數(shù)據(jù)讀出，只有當(dāng)這一過程執(zhí)行完才表示CPU已經(jīng)接收到有效數(shù)據(jù)了。

2.4 單片機(jī)與PC機(jī)之間的通信

由于單片機(jī)與PC機(jī)之間存在一定的距離，一般的通信就不能滿足要求，這時(shí)就需要使用RS-485通信。為了提高其抗工模干擾能力，RS-485采用了平衡發(fā)送和差分接收兩種方式。RS-485由于采用半雙工工作方式，使得RS485存在一定的缺陷，即不能同時(shí)收發(fā)，工作效率不是特別高。采用RS-485通信時(shí)可以省掉許多信號(hào)線，因此用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便。

3 結(jié)束語

本文提出了一種基于無線通信的糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并就其總體設(shè)計(jì)思想進(jìn)行闡述，給出了糧倉(cāng)無線通信溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體框架，在此基礎(chǔ)上提出了可行的設(shè)計(jì)方案。在現(xiàn)實(shí)生活中，無線通信的糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有著重要的作用和實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

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