基于無線傳感器網絡的成品糧倉儲環境溫濕度監測系統設計

高辰+張思琪+張睿+王秀英+劉景云

摘 要：倉儲作為物流與供應鏈的核心環節，對食品安全的控制起著至關重要的作用。溫濕度是影響糧食倉儲過程安全與品質的重要因素。文中使用無線傳感網絡進行數據采集，通過Qt平臺設計軟件系統，并借助數據庫進行數據存儲與分析處理，實現對成品糧倉儲環境的在線監測。該系統實現了數據的采集與存儲、溫濕度實時監測、過限報警、歷史查詢和溫濕度擬合等功能，實現了倉儲環境的現代化監測與分析。

關鍵詞：成品糧；倉儲；溫濕度監測；無線傳感網絡；Qt

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）03-00-02

0 引 言

隨著社會的不斷發展及人口數量激增，糧食已成為關系國計民生的重要產品。成品糧倉儲是糧食物流的重要環節。為保證成品糧安全，需要周期性檢測倉庫多位置的溫度、濕度數據。近年來，由于傳感器技術、計算機技術、集成電路技術和網絡通信技術的發展，國內也漸漸出現了豐富的數字傳感器配套產品，技術比較成熟，使監測系統可廣泛應用于物流倉儲等方面，成品糧倉儲監測技術的研究在軟硬件等方面都取得了很大進展[1，2]。

傳統的倉儲糧溫濕度在線監測系統主要分為有線與無線兩種。對于大型的成品糧庫，有線方式受布線、安裝等條件所限應用受到較多限制。現有大型倉儲系統布點的監測只采用有線方式無法完成，因此基于ZigBee的無線傳感器網絡成為倉儲系統、監測系統發展的重要趨勢[3]。

本文基于無線傳感器網絡提供了一種成品糧倉儲環境溫濕度監測系統，并配合插補算法計算所監測到現有數據的均值得出變量的缺失值，繪制溫濕度曲線，實現倉儲環境溫濕度監測，保證數據的實時性和可靠性。

1 監測系統的結構

1.1 監測系統總體結構

成品糧倉儲溫濕度監測系統的架構包括上位機與下位機兩部分。基于上位機使用Qt平臺進行軟件系統開發，并與數據庫連接，實現數據的存儲。下位機由溫濕度無線傳感器節點組成，通過無線傳感器網絡實現溫濕度數據的采集，并傳輸到上位機。系統架構如圖1所示。

1.2 監測系統功能結構

成品糧溫濕度監測系統軟件由數據采集與存儲、溫濕度實時監測、過限報警、歷史查詢和溫濕度場擬合五個子系統組成。該系統功能的實現有利于倉儲的現代化管理，提高了倉儲環境監測的效率、實時性與準確性。系統功能結構圖如圖2所示。

2 監測系統設計

2.1 監測系統硬件

無線傳感器網絡節點基于ZigBee協議，采用ATmel公司的ATmega1281V微處理器和AT86RF射頻傳輸芯片，具有128 KB Flash存儲器，無線傳輸速率可達2 Mb/s。監測系統由8個溫濕度傳感器節點與一個匯聚節點構成，溫濕度傳感器使用SHT10。

2.2 監測系統軟件設計

無線傳感器匯聚節點通過串口與上位機連接。上位機部分軟件要對采集的數據進行校驗，校驗無誤后對有效字段進行提取，提取的信息包括溫度、濕度和節點信息，并在實時監測界面顯示，存儲到數據庫中。如果溫度超限，系統會報警提示。實時監測界面如圖3所示，界面運行流程如圖4所示。該監測系統還能夠實現對歷史數據的查詢與曲線分析，界面分別如圖5、6所示。

在成品糧倉庫中，溫濕度場的分布對安全儲藏影響較大，然而在實際情況中傳感器布置不可能無限布點，溫濕度分布在空間范圍內不會躍變，因此可以采用插補方法[4]，通過有限點擬合溫濕度的分布。均值插補算法以總體的平均值作為該變量所有缺失值的替代值，經計算，以總體均值替代全部缺失值，通過計算現有數據的均值就可以得出變量的缺失值，在算法的實踐中也較容易。因此在監測系統中采用均值插補獲取溫濕度的分布。溫濕度在倉內縱向分布擬合如圖7所示。

基于無線傳感器網絡的成品糧倉儲環境溫濕度監測系統經測試，成功運行。

3 結 語

本文設計了基于無線傳感器網絡的成品糧倉儲環境溫濕度監測系統，完成了成品糧庫溫濕度數據的實時采集、存儲與顯示，并能夠進行超限報警、歷史數據查詢與曲線分析，同時為獲得溫濕度分布采用插補方法對溫濕度數據進行擬合，該系統運行成功，為成品糧安全儲藏提供了有效的監測手段。

參考文獻

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