粮库温湿度无线监控系统

1、粮库温湿度无线监控系统臼塑进盛墨臼文章编号:16711041(2008)02001402粮库温湿度无线监控系统严新忠,贺运萍,郭建川(天津科技大学电子信息与自动化学院,天津300222)摘要:为了实现粮库的温湿度自动监控,提高粮库储粮的安全性.使粮库管理实现自动化,智能化.提出基于zigbee无线网络技术的粮库及粮食储备区的整体解决方案.zigsee(802.15.4标准)是一种低成本,低能耗,易组建的无线通信技术.主要可以用于无线监控和工业的远程控制.此系统实时,稳定,可靠,保证了粮食的储存质量.关键词:zigbee;无线监控;网络;zigbee模块;协调器;路由中图分类号:tp277文献标

2、志码:aawirelesssystemsupervisethetemperatilreandhumidiofdepotyanxin-zhong,胍yun-ping,guojianchuan(tianjinuniversityofscienceandtechnology,tianjin300222)abstract:inordertorealizeasystemwhichcanautomaticallysuper.visethetemperatureandhumidityofdepot,enhancethesecurityofdepot,makethemanagementofdeputautom

3、aticandinteilectualized,thispapergivesadepotwirelesssupervisionsystembasedonzig?bee.zigbee(standardsof802.15.4)isatypeofwirelesscommu-nicationtechnologywithlowcost,lowenergyconsumption,andeas-ytosetud.itismainlyappliedtolongdistanceremoteandauto-maticcontrolinbuildings(family)andindust.thissystemisr

4、ealtime,steadyandreliable.ensurethequality0fthegraininthegraindeput.keywords:zigbee;wirelesssupervision;network;zigbeemodule;coordinator;router1引言近几年据海关统计结果显示,我国粮食进出口同比均呈下降趋势,我国粮食供求开始进入紧平衡阶段,在粮食供给能力逐渐弱化的情况下,我们必须注意到贮存粮食的科学性和有效性,贮粮仓库的现代管理也是当前粮食系统改造的重大项目之一.而在粮仓管理过程当中,最重要的是控制仓内的温度和湿度,温湿度会直接影响粮食的贮存质量.采用短

5、距离无线通信技术实现自动实时检测与控制,能够明显提高粮食的贮存质量,减少仓储保管人员,带来较大的经济效益.zigbee是一种新型的无线组网技术,其特点是低功耗,低数据量,低成本,使用免费频段2.4g,高抗干扰,高保密性,自动动态组网,非常适合用来实现小范围的无线传感器网络.zigbee技术的协议层结构简单,zigbee技术仅为三层,其phy层和mac层协议为ieee802.15.4协议标准,网络层由zigbee技术联盟制定,应用层的开发应用根据用户自己的应用需要,对其进行开发利用.电池供电的传感器可以很容易的安装和拆除,相比于有线的传感器安装方式可以节省大量的投资,同时系统可以很容易的扩容以增

6、加更多的传感器,无线系统的数量庞大的传输路径可以使重要的数据传输性能得到保证.2基于zigbee的粮库温湿度无线监控系统2.1系统硬件2.1.1模块的选择在硬件上我们选择jennic公司的jn5121一xxxmyy系列模块,该模块功耗低,抗干扰能力强,jn5121一x】【)(一myy系列有三种基本的模块,其区别:jn5121一x】【)(一moo用的是集成14eicvo1.152008no.2天线,jn5121一xxxm01/03用了一个天线连接器,jn5121.xxxm02/m04用了一个功率放大器和lan来扩大通信距离.在此系统中我们要用到m01和m02两种模块.模块结构图如图1所示.图1z

7、igbee模块结构图zigbee无线模块有三种组网方式:星型,树型,网状型.这里我们选用网状型网络布网,数据传输的可靠性很高,可配置,rrl,232,485三种接口可先直接和远程的中央站,分单产品接口,支持使用点对多点通讯.传感器模块的选择,选择了温湿度传感器模块sht11.其结构如下图2所示.图2温湿度传感器模块结构图sht11是一个单芯片关于温湿度的多功能传感器模块,集成了校准数字输出,工业级的cmos方法的应用确保了高的可靠性和极好的稳定性,此设备包含了一个电容性聚合体传感元件来测相对湿度和一个能带隙的温度传感器,两个都连接到一个14位的模数转换器上和一个串行接口电路,这样有个很好的信号

8、质量,快速的响应时间,不受外界干扰等优点.每个shtll在精确的湿度室有一个用冷却的镜面温度计作参考的独立校准.2线串行接口和内置电压校准让系统集成方便陕捷j2.1.2系统组成系统各节点电路框图如图3所示.图3各节点原理框图整个系统主要可以分为两个独立而又相连的无线zigbee网络,如图4所示.欢迎光临本刊网站仪器仪表用户目,t国图4系统结构图粮食储备区zigbee网络:这一网络主要由各粮库数据集中器以及中间zigbee路由节点组成,由于各粮库的距离通常比较远(>lo00m)所以数据集中器中的远程zigbee节点端采用高功率的zigbee模块开发.

9、各粮库的数据通过这一网络统一上传到监控中心计算机进行分析和数据存储.粮库传感器网络:在粮库内部分布着zigbee传感器网络,传感器节点采用一线制温度传感器结合zigbee低功率模块开发,通讯距离<100m.传感器节点通过互相之间组成数传网络最终将所有采集到的各点温度数据传输到每个仓库的数据集中器设备.数据集中器即协调器:所有的zigbee网络必须有一个(而且只有一个)协调器,在硬件上它可以只是一个控制器,也可以跟各个节点是完全相同的,主要是在软件上的界定.它的主要作用有以下三点:选择网络频带;启动网络;允许子节点加入网络.最后它把接受到的相关节点的信息通过uart传送到主机界面,数据传输

10、设置为1152oo一8一n一1,这样可以在显示屏上显示实时信息,如地址(address),湿度(humidity),温度(temperature),电源电压(voltage).路由节点在系统中有两种功能:(1)从系统板上的传感器读取数据,通过无线收发部分传给协调器;(2)作为其它节点的路由把数据传给协调器,形成多跳的网状型网络.2.1.3系统优势(1)采用zigbee无线网络,组网简单;(2)zigbee节点成本低廉,功耗低,可大规模部署;(3)双网段数据传输,充分考虑实际的需求和成本,采用较少的千米级大功率模块即实现了对每个粮库全部传感器的信息采集.2.2系统软件对于集成开发环境ide(in

11、tegrateddevelopmentenvironment),jennie公司推荐使用code:block,是一个全界面化,开放性的开发软件,使用高级语言c编程.主要是利用zigbee协议栈的api函数来编应用程序代码,有以下四种:(1)应用框架结构(af)apis:主要是关于形成和解释后的数据帧的发送和接受,添加,移除,修改设备的描述符.(2)zigbee设备对象(zdo)apis:主要是按要求初始化节点的形式(协调器,路由器,终端节点).(3)zigbee设备规范(zdp)apis:主要是关于在网络上获得其它节点的信息.(4)低层操作系统(bos)apis:主要是用于和低层操作系统(bo

12、s)发生关联.ide的前几个函数是关于系统的启动和初始化.当设备欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息上电后,用户程序还会有其它的初始化程序,例如:初始化用户变量或系统外设(定时器,uart和传感器),而且重要的zig-bee系统参数,如无线通信通道也在这里配置.最后bos(basicoperatingsystem)初始化启动,控制整个系统.bos执行完一些内部函数将会控制应用程序完成最后一个初始化程序jzaboappstart,在这个函数中调用应用程序框架(af)来为节点注册一些zigbee描述.这个调用完成后,在终止这个函数之前需调用启动zigbee协议栈,控制权返给bos,一旦bos和zi

13、gbee协议栈启动,bos通过一些函数把控制权给用户程序.其中jzavappeventhandler一直是被bos定期的调用,其余几个都是事件驱动,只在响应事件发生时才被调用,在这里编写应用代码,只有当用户代码终止了一个函数,控制权返回bos.具体流程如图5所示.i初始他信遵和d1铆始化zigbee)议棱lj蝣i他指求灯,潞湿度传感器i扁动bosi点类的定义i滨敬溢滩度,一i!kid号1.一送教搬纷co0rdinatori初始化倍道和di协始化zigbee协议栈i仞始化指求灯il初始化串翻l申邋过牢il传送温泓度数图5软件流程图监控中心的设计:用具有强大功能vc+语言做一个串口驱动,界面可以随

14、意设置,方便监控人员观测粮库内的情况,在有异常情况下给出报警信号,以便及时处理.3结束语此系统实时,稳定,有力保障了粮库内的环境安全.zig-bee技术作为近几年发展很快的无线传输技术,在国内也受到越来越多的关注,以其卓越的特点,组建局部无线自动化控制网,再通过互联网或移动网与远端的计算机相连,作为互联网和移动网盲区的补充,从而实现低成本,高效率的自动化遥测遥控.口参考文献1蒋挺,赵成林.zigbee技术及其应用m.北京邮电大学出版,2006.2顾瑞红,张宏科.基于zigbee的无线网络技术及其应用j.电子技术应用.2005,(6):l一3.3喻楚云.zigbee在家庭远程遥控管理系统中的应用j.大连民族学院2006,(3):6o一61.4周怡颈,凌志浩等.zigbee无线通信技术及其应用j.自动化仪表,2005,26(6):59.5朱向庆,王建明.zisbee协议网络层的研究与实现j.电子技术应用,2006,(1):129132.6雷良军.大型粮库温湿度监控系统j.电子产品世界,2000,(1o):4849.7苏宝平,全力.新型粮仓温湿度智能化测控系统j.农机化研究.2004,(2):221223.8patrickkinney.wirelesscontrolthatsimplyworkseb/ol.w