基于無(wú)線傳輸技術(shù)的糧倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

徐梓敬

摘 要：傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)以糧食溫濕度監(jiān)測(cè)，沒(méi)有辦法來(lái)處理糧食安全的隱患-害蟲(chóng)。為了節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)低功耗，保證糧食的安全儲(chǔ)存，通過(guò)研究，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫濕度和病蟲(chóng)害的數(shù)量，越限糧庫(kù)報(bào)警系統(tǒng)。糧倉(cāng)溫濕度采集系統(tǒng)與燈光誘殺害蟲(chóng)和計(jì)數(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)ZigBee無(wú)線傳輸?shù)椒?wù)器監(jiān)控糧庫(kù)環(huán)境后送到MSP430。

關(guān)鍵詞：ZigBee；低功耗；糧庫(kù)監(jiān)測(cè)；越限報(bào)警

1 概述

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)研究的快速發(fā)展，在國(guó)家糧食監(jiān)測(cè)和管理水平的糧食狀況有一定程度的增加，智能儀器被廣泛應(yīng)用于糧食倉(cāng)儲(chǔ)單位，但糧食主要針對(duì)的是溫度和濕度。目前，在糧庫(kù)的使用并不普遍，是衡量糧食病蟲(chóng)害控制技術(shù)，甚至在一些糧庫(kù)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造一些害蟲(chóng)，但主要是耗電量大的缺點(diǎn)，自動(dòng)化程度低，需要消耗大量的人工[1-4]。因此，本文以現(xiàn)有的無(wú)線傳輸技術(shù)、傳感器技術(shù)和糧食存儲(chǔ)的相關(guān)知識(shí)是為了準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和濕度，記錄儲(chǔ)糧害蟲(chóng)種群和及時(shí)報(bào)警的糧庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)[5-8]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

整體工作流程系統(tǒng)采集溫濕度傳感器和害蟲(chóng)數(shù)量模塊、MSP430控制器模塊、無(wú)線傳輸模塊，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和報(bào)警模塊、電源模塊、服務(wù)器模塊構(gòu)成。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 傳感器模塊

MSP430G2231適用于控制傳感器，通常用于獲取模擬信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字值進(jìn)行后處理。該系統(tǒng)的傳感器模塊包括溫度傳感器模塊DS18B20，濕度傳感器HS1101和害蟲(chóng)計(jì)數(shù)模塊。

2.1.2 DS18B20溫度傳感器模塊

溫度傳感器采用高集成度且高精度的PR-35封裝式DS18B20，DS18B20較優(yōu)于傳統(tǒng)的熱敏電阻，體積小，功耗低，無(wú)需外部元件，用戶可自動(dòng)設(shè)置上、下溫度限值。溫度數(shù)據(jù)信息通過(guò)I/O引腳進(jìn)入MSP430單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.1.3 HS1101濕度傳感器模塊

濕度傳感模塊主要有HS1101及其外圍電路。HS1101是Humier公司推出的電容式濕度傳感器。在精度、響應(yīng)時(shí)間且受溫度影響范圍等方面優(yōu)于其他濕度傳感器。

2.1.4 害蟲(chóng)檢測(cè)模塊

計(jì)數(shù)模塊包括一對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)和害蟲(chóng)捕捉儀，其中害蟲(chóng)捕捉器由一個(gè)紫色的波長(zhǎng)為365nmLED發(fā)光二極管做成害蟲(chóng)收集容器。脈沖信號(hào)由光電開(kāi)關(guān)傳感器產(chǎn)生的，信號(hào)作為中斷源MSP430控制模塊的計(jì)數(shù)操作。

害蟲(chóng)大多數(shù)具有趨光性，波長(zhǎng)的光不同敏感度不同。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，蛾類害蟲(chóng)是約365nm紫色波長(zhǎng)最敏感，因此，在糧堆內(nèi)將LED置于害蟲(chóng)收集容器內(nèi)，一旦害蟲(chóng)進(jìn)入捕捉口，此長(zhǎng)管的兩端分別安裝對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射端和接收端，這樣在害蟲(chóng)通過(guò)洞入裝置后就會(huì)引發(fā)光電開(kāi)關(guān)產(chǎn)生中斷脈沖。

2.2 無(wú)線傳輸模塊

無(wú)線傳輸模塊主要用于MSP430控制模塊和服務(wù)器模塊之間的通信。由支持ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的CC1101芯片為RF1100模塊構(gòu)成。雙向無(wú)線通信ZigBee技術(shù)在2.14GHz（全球流行）、868MHz（歐洲流行）和915 MHz（美國(guó)流行）的頻帶可以工作，其傳輸速率上限分別達(dá)到250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s，有10-75m范圍內(nèi)的傳輸距離，也可以對(duì)其進(jìn)行繼續(xù)增加，其低功耗、低復(fù)雜度和低成本的性能是比較好的。

2.3 MSP430控制模塊

控制模塊使用MSP430G2231，該單片機(jī)最大的特點(diǎn)是超低功耗。它包括一個(gè)強(qiáng)大的16位RISC CPU，16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器以最大限度地提高編碼效率，數(shù)控振蕩器DCO從低功耗模式喚醒的運(yùn)行模式在1？滋s范圍內(nèi)。

2.4 供電模塊

該系統(tǒng)的電源模塊主要是由5V直流電源和低壓差電壓調(diào)節(jié)器LM1117_3.3實(shí)現(xiàn)?？芍苯訛閭鞲衅?、單片機(jī)、ZigBee等提供5V、3.3V直流電源。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 傳感器模塊

濕、溫度檢測(cè)部分軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程。DS18B20的工作遵守嚴(yán)格的單總線協(xié)議。主要包括三個(gè)關(guān)鍵過(guò)程：初始化DS18B20、啟動(dòng)DS18B20作溫度轉(zhuǎn)換及讀取DS18B20溫度值。

3.2 無(wú)線傳輸模塊

無(wú)線傳輸模塊可以發(fā)送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)包采用MSP430單片機(jī)，數(shù)據(jù)包使用三個(gè)字節(jié)的傳輸長(zhǎng)度，每個(gè)環(huán)境變量是一個(gè)字節(jié)。CC1101首先需要從MSP430控制系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)，上電復(fù)位后，再通過(guò)MSP430對(duì)其寄存器進(jìn)行基礎(chǔ)配置，SPI連續(xù)寫(xiě)配置寄存器使之發(fā)送功率為0dBm后發(fā)送數(shù)據(jù)至服務(wù)器進(jìn)行處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)當(dāng)前糧食倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)局限性的分析，設(shè)計(jì)了基于ZigBee通信技術(shù)的糧倉(cāng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)糧食的溫度和濕度，害蟲(chóng)的數(shù)量等多參數(shù)的顯示，越線報(bào)警等功能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并廣泛用于食品加工行業(yè)等領(lǐng)域。

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