糧倉無線傳感網(wǎng)溫濕度控制系統(tǒng)探討

郭紀(jì)良

（山東商務(wù)職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺 264000）

將無線通訊技術(shù)運用在糧倉內(nèi)部溫度與濕度進行控制的相關(guān)技術(shù)中，是本文主要詳細(xì)討論的問題。對數(shù)據(jù)運用數(shù)字溫濕度傳感器SHT11進行科學(xué)的搜集，由于MSP430FE427單片機的消耗功率比較低，將其運用在控制過程中最為合適，進行無線通訊的設(shè)備應(yīng)該選用無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊CC2420設(shè)備，將MSP430單片機與PC機二者之間通過RS485接口進行連接。通過以上各種設(shè)備的結(jié)合發(fā)揮作用，能夠在糧倉內(nèi)部溫度和濕度無法滿足正常標(biāo)準(zhǔn)時，下位機接受上位機發(fā)出的指令，啟動通風(fēng)、干燥等相關(guān)設(shè)備進行糧倉內(nèi)部溫度和濕度條件的改善。

1 糧倉無線傳感網(wǎng)溫濕度控制系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及技術(shù)

1.1 802.11家族的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

在最開始IEEE對一定范圍內(nèi)無線網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計時，802.11就其中一個標(biāo)準(zhǔn)，在校園、辦公室等一定范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)中，將用戶和用戶之間使用的終端設(shè)備進行連接，是其最主要的功能，隨著科技技術(shù)的不斷完善發(fā)展，又接連開發(fā)出802.11a和802.11b這兩個更加科學(xué)的新型標(biāo)準(zhǔn)。針對這兩個新標(biāo)準(zhǔn)中，將頻率為5GHz的功率作為802.11a的標(biāo)準(zhǔn)，所使用的正交頻分多路復(fù)用副載波數(shù)量為52個，54M b/s作為其原始數(shù)據(jù)的最大傳輸率。而802.11b在實際工作中被應(yīng)用的最為廣泛，相關(guān)系統(tǒng)常數(shù)也是最接近標(biāo)準(zhǔn)的，其將2.4GHz的功率作為載波頻率，11M b/s作為傳輸率。

1.2 藍牙協(xié)議

作為一種全球的開放性規(guī)范，藍牙技術(shù)能夠?qū)o線數(shù)據(jù)與語音通訊有機的結(jié)合起來，成為在一定區(qū)域內(nèi)的無線連接技術(shù)，并且在10米之內(nèi)的近距離傳送技術(shù)中，是使用最方便、快速、靈活、安全、成本較小的技術(shù)，所以成為現(xiàn)如今在無線局域網(wǎng)中使用較為普遍的技術(shù)。這項技術(shù)能夠在固定通訊設(shè)施與移動通訊設(shè)施二者之間成立一個比較特別的通道，使設(shè)備與設(shè)備之間能夠以功率耗費最小為標(biāo)準(zhǔn)進行運作，并實現(xiàn)語音通信。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較分散、跳頻速度較快、短包等技術(shù)是藍牙模式的應(yīng)用原理，可以將各個移動通信終端設(shè)施之間的信息傳送變的相對簡單，圍繞單點對單點以及單點對多點的通訊模式展開操作，并運用雙工傳輸?shù)哪Ｊ剑?Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率、工作頻段為2.4GHzISM進行實際的數(shù)據(jù)傳送。

1.3 ZigBee協(xié)議

ZigBee作為一種無線通訊技術(shù)，是將控制設(shè)備以及傳感器設(shè)備等電子零部件，運用無線連接技術(shù)將他們連接起來的一種新型距離較短、速率較低的技術(shù)。其主要由MAC層、路由、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等組成了無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在小范圍內(nèi)進行無線連接時，ZigBee技術(shù)實現(xiàn)通訊的方式主要是在不計其數(shù)的小型傳感器之間將數(shù)據(jù)進行調(diào)整統(tǒng)一。雖然ZigBee技術(shù)現(xiàn)今正處在發(fā)展階段，但是其成本較低、消耗功率較低的特點，已經(jīng)被人們接受并越來越多的使用。ZigBee技術(shù)的成立前提，是以IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)產(chǎn)生的，并將包括IEEE802.15.4的PHY層、MAC層、ZigBee堆棧層、網(wǎng)絡(luò)層(NW K)、應(yīng)用層、安全服務(wù)提供層合理的融入其中。

2 糧倉無線傳感網(wǎng)溫濕度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思想

2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

無線糧倉的下位機系統(tǒng)，主要是針對各種糧倉溫度搜集設(shè)備組成的大結(jié)構(gòu)總稱，無限糧倉的上位機系統(tǒng)，主要是針對各種數(shù)據(jù)集中處理設(shè)備以及上位機所組成的大結(jié)構(gòu)的總稱，上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)二者組成了無線通訊糧倉的控制系統(tǒng)。星型網(wǎng)路拓?fù)涫菬o限糧倉溫度和濕度控制系統(tǒng)所采用的主要結(jié)構(gòu)，對無線糧倉溫度合濕度的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過上位機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集中處理設(shè)備進行搜集，并以一個小范圍無線網(wǎng)絡(luò)的形式呈現(xiàn)出來。經(jīng)過RS-485的處理，將數(shù)據(jù)集中處理設(shè)備與上位機有效的連接起來并讀取、顯示、管理。MCU處理設(shè)備、無線收發(fā)裝置相結(jié)合組成了數(shù)據(jù)集中處理設(shè)備，進而實現(xiàn)了對糧倉溫度和濕度相關(guān)數(shù)據(jù)的收取、保存、傳送、控制等。運用電池，對下位機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)搜集設(shè)備提供電能，并對其外部結(jié)構(gòu)進行防腐、密封等處理，使其在環(huán)境比較惡劣的情況下，依然可以正常的開展工作。二者之間的通訊方式也是應(yīng)用無線模式，能夠抵抗比較強烈的影響。在以上的操作過程中，必須保證在一定的范圍內(nèi)進行，否則就會導(dǎo)致傳送失敗。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2.2 系統(tǒng)總體功能需求及指標(biāo)

第一，通過糧倉內(nèi)部的無線局域網(wǎng)，將搜集到的糧倉內(nèi)部溫度和濕度的相關(guān)數(shù)據(jù)，保證精確、穩(wěn)定的進行傳送，進而科學(xué)的管理、控制糧倉內(nèi)部的溫度和濕度情況。第二，將搜集設(shè)備設(shè)定成以固定周期，對糧倉內(nèi)部溫度和濕度的具體數(shù)據(jù)進行搜集的程序，保證其具有一定的動態(tài)特征。第三，將糧倉內(nèi)部溫度和濕度的具體數(shù)據(jù)在上位機系統(tǒng)中正確、即時的顯示出來，并運用圖形這種直觀感受的方法將存在問題的數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來，并將設(shè)備設(shè)置成超過標(biāo)準(zhǔn)范圍就會自動警告的模式。第四，將現(xiàn)年即時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)與以往同時期的數(shù)據(jù)進行比較。第五，以濕度為（10% ～99% RH ）、溫度為（-40～+60℃）的范圍對糧倉內(nèi)部溫度和濕度的具體數(shù)值進行測量。第六，以濕度為≤0.1% 、溫度為≤0.1℃的范圍對糧倉內(nèi)部溫度和濕度的分辨率進行檢測。

2.3 系統(tǒng)通信方案選擇

（1）IEEE802.11b（Wi-Fi） 技 術(shù)。IEEE802.11b技術(shù)作為一定范圍內(nèi)無線網(wǎng)的國際化標(biāo)準(zhǔn)，在最初啟用時，主要是針對規(guī)模比較大的辦公室內(nèi)部或者校園內(nèi)部使用的，其安全程度比較高，傳輸數(shù)據(jù)的速度比較快，能夠同時接收100個以內(nèi)的終端設(shè)備同時連接。其優(yōu)點眾多，是一項性能比較高的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，現(xiàn)如今已經(jīng)被廣泛運用在各種社會活動中。針對糧倉這種規(guī)模比較大的環(huán)境，IEEE802.11b技術(shù)能夠很好的發(fā)揮作用，其只要將傳輸設(shè)備安置在一定范圍內(nèi)，不用對齊，也不用考慮中間的遮擋物，就能夠快速的進行數(shù)據(jù)傳送。因此，可以應(yīng)用IEEE802.11b技術(shù)對糧倉內(nèi)部溫度和濕度進行管理和控制。

（2）紅外技術(shù)（IrDA）。所謂的紅外技術(shù)，糾其根本，其實就是將數(shù)據(jù)以單點對單點的形式，運用紅外線進行傳輸?shù)囊环N技術(shù)手段。其優(yōu)勢在于對指定頻段的使用權(quán)限不用申請，并且消耗功率比較低，單點和單點之間連接比較方便快捷，使用比較方便等。但是其由于使用起來必須將兩個終端設(shè)備的位置最大限度的對準(zhǔn)，二者之間不能有任何障礙物進行遮擋，并且要在一定的范圍內(nèi)，否則就無法正常的將兩個設(shè)備連接，進行數(shù)據(jù)的傳送。因此在糧倉這種規(guī)模比較大、物品比較多的環(huán)境中，紅外技術(shù)就不能順利的發(fā)揮作用。因此不能應(yīng)用紅外技術(shù)對糧倉內(nèi)部溫度和濕度進行管理和控制。

3 結(jié)語

綜上所述，通過以上對糧倉內(nèi)部無線傳感網(wǎng)溫度和濕度進行控制的相關(guān)操作系統(tǒng)展開的詳細(xì)討論，我們能夠清晰的知道糧倉內(nèi)部無線傳感網(wǎng)溫度和濕度控制的整體結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計出一套嚴(yán)謹(jǐn)完善的系統(tǒng)，也就是應(yīng)用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)的作用、命令、通訊計劃有比較清晰的了解。使糧倉在實際儲存糧食的過程中，通過無線傳感網(wǎng)技術(shù)，能夠游刃有余的對內(nèi)部的溫度和濕度進行管理和掌控。

[1]苑瑞林.糧倉無線傳感網(wǎng)溫濕度控制系統(tǒng)研究[D].南京理工大學(xué),2012，（23）:56-60.

[2]苑瑞林.淺談無線傳感網(wǎng)溫濕度控制系統(tǒng)在糧倉中的應(yīng)用及意義[J].中國電子商務(wù),2012，(23):85-86.

[3]牟海鵬,張以剛,徐強等.倉庫無線傳感網(wǎng)溫濕度控制系統(tǒng)研究[J].消費電子,2014，(4):118-118.

[4]李昆.糧倉無線通信溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2014，(56):80-85.

[5]王洪剛,單志勇,李明等.超低功耗糧倉無線實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2015,34(21):46-48.

[6]潘良勇.無線傳感網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究[D].武漢理工大學(xué),2012，(30):50-55.

[7]趙懿琨,李長友,卿艷梅等.基于μC／O S-II 的糧倉多點溫濕度無線采集系統(tǒng)的設(shè)計與測試[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015，(2):95-99.