糧倉無線溫濕傳感器系統的設計

遼寧工程職業學院 翟瑤

糧倉無線溫濕傳感器系統的設計

遼寧工程職業學院 翟瑤

本文設計的糧倉無線溫濕度傳輸系統主要由溫濕度數據采集模塊、無線傳輸模塊、USB傳輸模塊、上位機（PC機）數據處理模塊、上位機之間通信模塊等部分組成。這一無線溫濕傳感器系統可以對糧倉的溫濕度實現實時監控。

無線傳輸；糧倉監控

1 引言

中國的耕地占世界的7%左右，養活的人口占世界22%。糧食作為我國重要的戰略資源，是國民經濟的基礎，是關系到國計民生的大事。因此，糧食的安全、質量與數量關系到國民社會穩定和經濟發展的大局。做好糧食儲備工作，保證糧食的供求平衡和國家糧食安全具有重大的意義。為此設計了糧倉溫濕度傳輸系統，以保證糧食倉儲的安全。

2 系統整體設計

本文論述設計的糧倉無線溫濕度傳輸系統主要由溫濕度數據采集模塊、無線傳輸模塊、USB傳輸模塊、上位機（PC機）數據處理模塊、上位機之間通信模塊等部分組成，如圖1所示。其中溫濕度數據采集模塊采用數字溫濕度傳感器，下節點的單片機可通過I2C總線實現溫濕度信號采集和傳輸操作。無線傳輸模塊采用發送芯片F05C和接收芯片J04E，數據經過編碼器或譯碼器后以無線方式傳輸。上節點模塊可對若干個溫濕度傳感器傳上來的數據進行處理、控制并通過USB芯片CH372將數據上傳到上位機中進行處理。上位機使用VB編程語言編寫數據處理、數據收發、保存、顯示等程序模塊。

圖1

3 系統結構的設計

3.1 無線傳輸模塊

主節點和從節點都配有無線傳輸模塊，無線傳輸模塊由發送部分和接收部分組成。以現場數據發送為例，發送部分如圖2所示，通過溫濕度傳感器采集到溫度濕度數據傳送到單片機，通過編碼芯片PT2262編碼后通過F05C芯片發送出去。

圖2 發送模塊

以現場數據接收為例，接收部分如圖3所示。利用J04E接收到的信號經過解碼器PT2272解碼后傳給單片機，LCD用于顯示測量結果，然后通過USB控制芯片傳送到上位機。

圖3 接收模塊

3.2 USB傳輸模塊

在USB傳輸模塊中，本系統采用了南京沁恒生產的USB控制芯片CH372。該芯片可以和單片機連接，利用并口傳送數據，然后再將數據按照USB總線協議發送給上位機。因此，該部分以CH372為核心設計硬件電路并編寫主節點固件程序和上位機的驅動程序。

3.3 CAN總線

CAN總線是現場總線的一種，現在大量應用于汽車、工業生產、樓宇安全等各個領域中[1]。本文選擇CAN總線網絡作為上位機的數據傳輸網絡，簡單易行，開發成本低廉。為了將CAN總線引入到上位機系統中，本文選擇了SJA1000芯片設計了CAN-RS232轉換電路。該電路可以借助PC機的RS232通信接口，將PC機中的數據或命令從PC機中發出，然后，再將PC機發出的數據按照CAN總線協議發送給其他PC機，即可實現上位機通信。

4 系統軟件設計

4.1 下位機主程序設計

本系統采用軟件模塊化編程，下位機軟件主要分為從節點程序模塊：4路溫度采集模塊、無線數據傳輸模塊模塊；主節點程序模塊：USB上傳數據模塊、無線數據傳輸模塊模塊、LCD顯示模塊。下位機主程序工作流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

4.2 上位機程序開發

上位機主要完成兩個方面的工作：一是和下位機通信實現數據的上傳和處理；二是PC之間通信以及將各處糧倉的數據發送給主機。

（1）收發數據和命令

下位機將數據通過USB接口傳送到上位機后，上位機需要進行數據處理；另外，上位機也可以通過界面按鈕向下位機發出命令，請求倉庫某個節點發送該點溫度信號[2]。

（2）數據處理

糧倉溫度傳送系統一般需要將現場數據進行存儲并顯示在界面上。本系統的主要工作在于數據傳送，因此，在本系統中的數據處理只是簡單處理，即將數據存在一個文件中并在界面上以圖文方式顯示出來。

5 結論

本系統以89S51為核心部件，利用硬件分布式設計、軟件模塊化編程。通過傳感器對糧倉溫濕度數據進行采集，然后經過無線傳輸，傳送到上節點接端，接收端通過USB口把數據傳送到上位機進行處理，并在接收端或上位機進行顯示以及上位機數據通信和處理。對信號的采集、轉換和傳輸盡量做到硬件電路簡單、穩定，受外界環境或電磁影響較小，充分利用軟件編程的優勢，從而使元器件精度不夠而導致的誤差大大減小。

[1]張培仁.CAN總線設計及分布式控制.第1版[M].北京：清華大學出版社,2012.

[2]薛春燕.基于USB接口的計算機信息采集系統的研究與設計[D].大連海事大學碩士學位論文,2006.

翟瑤，女，1987年出生，遼寧鐵嶺人，本科，研究方向：工業控制、建筑工程。