車載果蔬監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊帆 劉智

摘? 要：針對(duì)我國城市果蔬配送過程中對(duì)于車載環(huán)境難以實(shí)時(shí)監(jiān)控、配送損耗大的問題，研究了基于ZigBee的車載果蔬監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由傳感器模塊、協(xié)調(diào)器模塊、電源模塊和現(xiàn)場(chǎng)顯示部分構(gòu)成，傳感器模塊主要由多個(gè)溫濕度傳感器構(gòu)成，協(xié)調(diào)器模塊使用CC2591芯片與CC2530芯片相連，并為CC2591芯片設(shè)計(jì)了新的巴倫電路增強(qiáng)傳輸增益，電源模塊使用太陽能-鋰電池雙能供電。系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)組網(wǎng)，將傳感器所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)協(xié)調(diào)器處理轉(zhuǎn)發(fā)至駕駛室LCD顯示屏，根據(jù)果蔬需求溫濕度，通過繼電器控制風(fēng)機(jī)和雨淋閥。冷藏車的規(guī)格長約7.2米，寬約2.3米，高約2.7米，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)完全滿足實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)車載環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)控制。

關(guān)鍵詞：果蔬配送;傳感器;ZigBee

Abstract：In view of the difficulty in real-time monitoring of on-board environment and large distribution loss in the process of urban fruit and vegetable distribution in China，the ZigBee-based on-board fruit and vegetable monitoring system is studied. System is mainly composed of sensor module，the coordinator module，power module and the display parts，sensor module is made up of multiple temperature and humidity sensor，the coordinator module uses CC2591 chip connected with CC2530 chip，and designed for the CC2591 chip enhanced transmission gain new balance circuit，power supply module using solar-lithium battery can double power supply. The system uses ZigBee technology to form a network. The data collected by sensors are processed by coordinator and forwarded to the LCD display panel of cab. According to the temperature and humidity of fruit and vegetable，the fan and rain valve are controlled by relay. The specifications of the refrigerated vehicle are about 7.2 meters long，2.3 meters wide and 2.7 meters high. The designed system fully meets the actual needs and realizes the real-time control of the temperature and humidity of the vehicle environment.

Keywords：fruit and vegetable distribution;sensor;ZigBee

0? 引? 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，果蔬配送已然成為了現(xiàn)代城市居民新的現(xiàn)實(shí)需求。以武漢市為例，果蔬用量穩(wěn)定增長，2018年前三季度果蔬用量達(dá)到了599.67萬噸。蔬菜屬于鮮活易壞產(chǎn)品[1]，對(duì)于運(yùn)輸環(huán)境的要求比較高。目前我國物流配送企業(yè)在果蔬配送上以貨車?yán)滏溑渌蜑橹?，但由于配送體系建設(shè)尚未完善，在配送過程中的損耗高達(dá)25%-30%[3]。徐安琪[2]等人提出加強(qiáng)技術(shù)支撐，提升果蔬在配送中的儲(chǔ)存和保鮮水平，但沒有給出具體的技術(shù)方案。針對(duì)我國果蔬配送業(yè)配送損耗大的問題，設(shè)計(jì)了基于ZigBee的蔬菜車載果蔬監(jiān)控系統(tǒng)，將多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)置于車廂內(nèi)，通過ZigBee自組網(wǎng)將所采集的車廂溫濕度信息上傳至駕駛室的LCD顯示屏，在配送過程中根據(jù)實(shí)際情況控制風(fēng)機(jī)和雨淋閥的開關(guān)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)控車廂環(huán)境、減少運(yùn)輸損耗的目的。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)代冷藏車的規(guī)格設(shè)計(jì)了系統(tǒng)，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由傳感器終端節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)顯示部分構(gòu)成。四個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分布在車廂環(huán)境內(nèi)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)，將采集的信息通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)并最終在LCD顯示屏上實(shí)時(shí)更新。用戶可通過控制繼電器發(fā)送控制命令，完成對(duì)風(fēng)機(jī)與雨淋閥的調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)的對(duì)車載溫濕度環(huán)境調(diào)控。

2? 硬件設(shè)計(jì)

2.1? 溫濕度采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)感知區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)信息的采集和發(fā)送，利用DHT11溫濕度傳感器與CC2530芯片相連完成車載溫濕度數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。其電路圖及連接圖如圖2所示。

2.2? 協(xié)調(diào)器設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，完成對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建管理，以及對(duì)數(shù)據(jù)的接收處理和轉(zhuǎn)發(fā)。協(xié)調(diào)器以CC2530芯片為核心，通過RXD和TXD完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送，加入兩個(gè)分別為32MHZ和32.768KHZ的晶振，前者確保了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，后者則為系統(tǒng)提供了休眠與喚醒功能，有效降低了系統(tǒng)功耗。原理圖如圖3所示。

在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組建和通信，需要較大的發(fā)射功率，因而加入一個(gè)CC2591芯片增加射頻信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)，為CC2591設(shè)計(jì)了新的巴倫電路，如圖4所示，經(jīng)仿真測(cè)試，此時(shí)差分信號(hào)的相差較小，具有很好的幅度和相位平衡，信號(hào)損耗較小，傳輸增益接近1，從而很好的保障了傳輸質(zhì)量。

2.3? 電源模塊設(shè)計(jì)

電源模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)供電，電源模塊采用太陽能、電池雙能供電，同時(shí)，加入放電保護(hù)電路，避免鋰電池過放電，通過DC-DC轉(zhuǎn)換電路提供3.3V的電壓輸出為協(xié)調(diào)器提供穩(wěn)定的工作電壓，如圖5所示。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1? 無線傳感器節(jié)點(diǎn)程序

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)主要包含兩個(gè)主要部分，車載環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)采集和發(fā)送。系統(tǒng)上電后，初始化后會(huì)自動(dòng)搜索和加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，完成數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。當(dāng)系統(tǒng)沒有發(fā)送指令時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)周期性的完成溫濕度數(shù)據(jù)的采集工作，且駕駛室的LCD顯示屏?xí)?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。當(dāng)有按鍵事件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入到按鍵中斷子程序，傳感器節(jié)點(diǎn)程序如圖6所示。

3.2? 協(xié)調(diào)器程序設(shè)計(jì)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建是依靠API函數(shù)進(jìn)行的，首先系統(tǒng)調(diào)用初始化函數(shù)AsmpleAPP_init（）進(jìn)行初始化，利用ZDO網(wǎng)絡(luò)建立函數(shù)，確定網(wǎng)絡(luò)ID和信道，最終完成ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立。在本系統(tǒng)中，加入一個(gè)LED指示燈，方便確認(rèn)是否組網(wǎng)成功。當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)建立后，LED指示燈閃爍，周期性的在一定范圍內(nèi)探查終端設(shè)備，如果探查到新設(shè)備會(huì)將這個(gè)節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中，并為其配置節(jié)點(diǎn)地址，其組網(wǎng)流程圖如圖7所示。

4? 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析

利用設(shè)計(jì)的溫濕度傳感器終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)物連接圖如圖8所示，完成協(xié)調(diào)器與終端的配置，上電組網(wǎng)，可以通過觀察LED燈的點(diǎn)亮判斷組網(wǎng)成功。在調(diào)試中，成功完成了對(duì)溫濕度的測(cè)量，協(xié)調(diào)器的LCD顯示屏上能夠?qū)崟r(shí)顯示所采集的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)更新速度迅速。同時(shí)，用風(fēng)扇模擬電機(jī)，通過按鍵可以控制繼電器，以此來達(dá)到控制風(fēng)機(jī)和雨淋閥的，調(diào)試結(jié)果如圖9所示。系統(tǒng)在無障礙物的情況下有效距離可達(dá)到50米，有障礙物的情況下也可達(dá)到15米左右，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

5? 結(jié)? 論

車載蔬菜監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的對(duì)車載環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)加入了太陽能供電，有效減少了維護(hù)成本，通過改良的CC2591芯片增強(qiáng)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳統(tǒng)效率，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將冷藏車內(nèi)的設(shè)備聯(lián)系在一起，并將其采集到的數(shù)據(jù)信息通過LCD顯示屏實(shí)時(shí)顯示，強(qiáng)化了人的實(shí)時(shí)調(diào)控作用。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了傳感器與協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)，在傳輸效率上進(jìn)行了加強(qiáng)。經(jīng)測(cè)試，此系統(tǒng)的有效傳輸距離完全能夠滿足配送車的要求，在冷凍、潮濕環(huán)境下依然可以正常工作，該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于車載運(yùn)輸環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域，增加數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)更多的監(jiān)控功能，同時(shí)，可以通過其他無線傳輸方式將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的效果，從而進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

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作者簡介：楊帆（1966-），女，漢族，湖北武漢人，研究生導(dǎo)師，二級(jí)教授，碩士，研究方向：測(cè)量控制技術(shù);劉智（1993-），男，漢族，湖北武漢人，在讀研究生，研究方向：測(cè)控技術(shù)與智能儀器。