糧倉溫濕度在線除濕

　　本系統(tǒng)主要針對多點環(huán)境和設備內溫度、濕度的集中監(jiān)控和管理，是一套可無人值所24小時不間斷實時監(jiān)控記錄的自動化監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)能對大面積的多點的溫濕度進行監(jiān)測記錄，并將溫濕度數據實時傳輸到PC機上，利用系統(tǒng)監(jiān)測軟件進行數據存儲與分析，并輸出打印歷史數據和曲線圖，在設備異常情況下還以現場多媒體音響、聲光報警器、電話報警、手機短信息報警、網絡客戶端報警等多種形式的通知相應監(jiān)管人員?？朔艘郧翱抗芾砣藛T手工檢查、測量和手工計算溫度值和濕度值，提高了糧倉溫度和濕度除濕的檢測速度和檢測精度，節(jié)省了大量人力和物力，減輕了溫濕度管理的工作強度，提高了管理效率。

　　系統(tǒng)基于傳感技術、網絡技術、信息管理技術、通信技術等先進技術為主體，按照分布式原則設計，以全數字信號進行傳輸，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性。。通過我們（優(yōu)度科技）的專用溫濕度監(jiān)測軟件接收、顯示、分析、監(jiān)測，從而達到實時監(jiān)控被測點位的溫濕度環(huán)境變化。是一套可無人值所，能24小時不間斷實時監(jiān)控記錄的自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

　　方案為分布式智能網絡型監(jiān)控系統(tǒng)（優(yōu)度科技），采用硬件功能軟件化的系統(tǒng)設計思想及系統(tǒng)硬件的模塊化、通訊網絡化設計，系統(tǒng)可根據需要升級軟件功能與擴展硬件種類，增加監(jiān)控點數量，監(jiān)控軟件的編制采用軟件工程管理，開放性與可擴充性極強。

　　本系統(tǒng)（優(yōu)度科技）能對現場溫濕度環(huán)境進行數據檢測、顯示、記錄、文檔保存、打印、數據分析、設置上下線超限報警、分析報警點位及趨勢曲線圖等功能。監(jiān)控電腦軟件采用圖形界面實時顯示，界面可進行總貌顯示、分區(qū)顯示、顯示各點位溫濕度的每時刻的詳細數據、歷史溫濕度曲線、可記錄查找、打印各點位的溫濕度數據。

　　系統(tǒng)組成

　　二、監(jiān)測模塊

　　功能參數：

　　RS485通訊接口

　　傳感器采用瑞士盛世瑞恩（Sensirion）SHTX系列或霍尼威爾Honeywell（HS1101/HIH4000）。

　　SHT15型智能傳感器的相對濕度測量范圍是0~100％，最高精度為2％RH（SHT10為5％RH）。

　　溫度測量范圍是—40℃一十123．8℃。分辨率為0．1℃。響應時間小于3s。

　　三、上位機軟件

　　1、監(jiān)控界面直觀顯示每個監(jiān)測點的名稱、位置、編號、溫度數值、濕度數值。

　　2、根據實際情況增加、修改、減少監(jiān)測點的名稱、位置、編號。

　　3、可查看每個監(jiān)測點的溫度/濕度等數據曲線。

　　4、每個監(jiān)測點的采集數據實時存入數據庫，可導出EXCEL表格。

　　5、實時記錄監(jiān)測點的越限記錄，存入數據庫，可導出EXCEL表格。

　　6、有監(jiān)測點越限時，計算機播放聲音告警。

　　7、郵件報警功能：每次的異常記錄都通過郵件發(fā)送到負責人郵箱。

　　8、可選功能

　?。?）短信報警功能

　　（2）現場報警：聲光報警

　　本設計采用89c51單片機為控制中心，該芯片具有4KB的快擦寫可編程/擦除只讀存儲器EEPROM、256KB片內RAM、3個16位定時計數器、5個中斷源，無需進行系統(tǒng)擴展既可滿足任務要求，能較大幅度提高系統(tǒng)的性價比。而溫濕度傳感器我選用的是dht11傳感器，他性價比高。DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。

　　另外該系統(tǒng)除了能顯示溫濕度以外，還能設置溫濕度報警閾值。

　　近幾年據海關統(tǒng)計結果顯示，我國糧食進出口同比均呈下降趨勢，我國糧食供求開始進入緊平衡階段。在糧食供給能力逐漸弱化的情況下，我們必須注意到貯存糧食的科學性和有效性。貯糧倉庫的現代管理也是當前糧食系統(tǒng)改造的重大項目之一。而在糧倉管理過程當中，最重要的是控制倉內的溫度和濕度，溫濕度會直接影響糧食的貯存量。而溫濕度檢測傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進行檢測，對不符合溫度和濕度要求的場所進行通風、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大，因此我們需要一種造價低廉、使用方便且測量準確的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。

　　過限報警【溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)要滿足以下條件：溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)能完成數據采集和處理、顯示、串行通信、輸出控制信號等多種功能。由數據采集、數據調理、單片機、數據顯示等4個大的部分組成。該測控系統(tǒng)具有實時采集（檢測糧庫內的溫濕度）、實時顯示（對監(jiān)測到的進行顯示）、實時警報（根據監(jiān)測的結果，超出預設定的值的進行蜂鳴警告）的功能。

　　傳感器是實現測量首要環(huán)節(jié)，是監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號進行準確可靠的捕捉和轉換，一切準確的測量和控制都將無法實現。工業(yè)生產過程的自動化測量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產過程中的各種參量，使設備和系統(tǒng)正常運行在最佳狀態(tài)，從而保證生產的高效率和高質量。

　　2.1溫濕度傳感器的選擇

　　DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高

　　的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據用戶需求而提供。

　　2.2信號采集通道的選擇

　　在本設計系統(tǒng)中，溫度輸入信號為4路的模擬信號，這就需要多通道結構采用多路分時的模擬量輸入通道。這種結構的模擬量通道特點為：對ADC、S/H要求高。處理速度慢。硬件簡單，成本低。軟件比較復雜。如圖2-1所示。

　　最初的糧倉監(jiān)測除濕系統(tǒng)是通過人工對糧倉內的溫度和濕度進行測量和觀察，采取相應的控制措施。再后來的糧倉監(jiān)測系統(tǒng)采用有線傳輸方式，這兩種監(jiān)測系統(tǒng)都需要耗費大量的人力、財力和物力。針對上述糧倉監(jiān)測系統(tǒng)出現的問題，本文在參考大量資料和剖析傳統(tǒng)糧倉監(jiān)測系統(tǒng)的基礎上，設計了一種無線糧倉監(jiān)測系統(tǒng)，以替代傳統(tǒng)的有線傳輸系統(tǒng)。

　　隨著我國經濟的飛速發(fā)展，糧食儲備日益增加，糧庫建設對溫濕度監(jiān)測技術的要求越來越高。由于糧食在儲藏過程中易受溫度、水分等因素影響，使糧食發(fā)生霉變、蟲害滋生等情況，為了確保儲糧安全，需準確掌握糧食儲藏過程中溫濕度的實時變化，并對糧情數據進行分析，采取相應控制措施，而設計合理的糧倉監(jiān)測系統(tǒng)可以為安全儲糧提供技術保證和科學依據。最初的糧倉監(jiān)測系統(tǒng)是通過人工對糧倉內的溫度和濕度進行測量和觀察，采取相應的控制措施;再后來的糧倉監(jiān)測系統(tǒng)采用有線傳輸方式，這兩種監(jiān)測系統(tǒng)都需要耗費大量的人力、財力和物力。針對上述糧倉監(jiān)測系統(tǒng)出現的問題，本文在參考大量資料和剖析傳統(tǒng)糧倉監(jiān)測系統(tǒng)的基礎上，設計了一種無線糧倉監(jiān)測系統(tǒng)，以替代傳統(tǒng)的有線傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)結合了現有的多種先進技術，提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑。該系統(tǒng)布線少、故障率低、易于維護、結構簡單、成本低廉、工作穩(wěn)定可靠。使糧倉監(jiān)測系統(tǒng)朝“網絡化智能監(jiān)測”方向發(fā)展，即具有自動測溫、數據共享等特征。

　　ZigBee技術概述

　　在ZigBee聯(lián)盟的網站上有一個關于“ZigBee”名字由來的傳說，大體上描述的是蜜蜂在采蜜的過程中，通過ZigZag形狀的舞蹈在同伴之間交換蜜源信息，稱之為“ZigBee法則”，蜂群就是通過這種法則維持生存和發(fā)展的。由于蜜蜂本身體積小，能量消耗低，采集并互相傳送花粉，故ZigBee即表示一種短距離、低成本、低功耗、低速率的無線通信技術。在此之前，ZigBee亦被稱作“HomeRFLite”、“RF-EasyLink”或“FireFly”無線電技術，目前統(tǒng)稱為“ZigBee”，國內通常翻譯為“紫蜂”技術。

　　ZigBee技術并非完全獨有、全新的標準，它是在IEEE802.15.4—2003標準的基礎上建立的。該標準定義了物理（PHY）層和媒體訪問控制（MAC）子層；在它的基礎上，ZigBee聯(lián)盟提供了網絡（NWK）層和應用層框架（AF）。其中應用層框架包括應用支持子層（APS）和ZigBee設備對象（ZDO），制造商定義的應用對象使用該框架，并與ZDO分享APS和安全服務[15]。

　　根據IEEE802.15.4—2003協(xié)議標準，ZigBee的工作頻段共分為3個頻段，分別為868MHz、915MHz和2.4GHz。其中，868MHz頻段范圍是868.0~868.6MHz，該頻段上只有一個信道，調制方式是二進制相移鍵控（BPSK），數據傳輸速率為20kbit/s；915MHZ頻段范圍是902~928MHz，該頻段上有10個信道，調制方式也是BPSK，其數據傳輸速率為40kbit/s；2.4GHz頻段范圍為2400~2483.5MHz，調制方式是偏移四相相移鍵控（O-QPSK），數據傳輸速率是250kbit/s。868MHz和915MHz屬于歐洲頻段，主要在美國和澳大利亞使用；而2.4GHz是全球通用的工業(yè)、科學、醫(yī)學（ISM）頻段，且該無線電頻段不僅是免費的，而且無需申請[16，17]。根據ZigBee聯(lián)盟的觀點，他們開發(fā)的低成本、低功耗、雙向的ZigBee標準可被嵌入在消費類電子產品、家庭和樓宇自動化、工農業(yè)控制、PC外設、醫(yī)療傳感器應用、玩具以及游戲，具有非常廣泛的市場應用前景。

　　ZigBee技術的特點

　　根據ZigBee技術的本質，可歸納出ZigBee具有以下幾點優(yōu)越特性：

　　1、高可靠性：ZigBee聯(lián)盟在制定ZigBee規(guī)范時，針對數據在傳輸過程中的內在的不確定性，采取了一些措施來提高數據傳輸的可靠性，主要措施有：物理層兼容高可靠的短距離無線通信協(xié)議IEEE802.15.4，同時使用偏移四相相移鍵控（O-QPSK）和直接序列擴頻（DSSS）技術；采用載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA-CA）技術解決數據沖突問題；使用16-bitCRC來確保數據的正確性；采用帶應答的數據傳輸方式來確保數據傳輸的目的地址；采用網狀網絡盡量保證數據可以沿著不同的傳輸路徑從源地址到目的地址。

　　2、功耗低：低功耗通常是針對終端設備而言的，一般情況，路由器和協(xié)調器需一直處于供電狀態(tài)，只有終端設備可以定時休眠。當終端設備不需要工作，可以讓其處于休眠模式，此時耗電量非常低；當其需要工作時，喚醒設備，使其處于工作狀態(tài)，喚醒時間非常短，一般只需15ms。在實際系統(tǒng)中，終端設備對數據的采集一般都是定時采集的，就這樣在工作與休眠之間交替轉換，使ZigBee終端設備非常省電，通常兩節(jié)普通的五號電池可支持一臺ZigBee終端設備長達6~24個月的使用時間。

　　3、成本低：ZigBee技術可以應用于8-bit的MCU，目前TI公司推出的兼容ZigBee2007協(xié)議的SoC芯片CC2530每片價格也才20~35元，外圍只需要簡單的電路設計即可實現網絡節(jié)點的構建，且隨著半導體集成技術的發(fā)展，ZigBee芯片的體積將會越來越小，開發(fā)成本也會隨之下降[19]；ZigBee的協(xié)議棧是免專利費的，開發(fā)人員可直接調用協(xié)議棧里的一些函數，縮短了開發(fā)周期，這大大降低了開發(fā)成本。

　　4、安全性高：為了保證數據傳輸的安全性，ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗（CRC）的數據包完整性檢查和鑒權、認證功能；還可以使用AES-128加密算法對傳說的數據進行加密處理，提高整個傳輸過程的安全性。

　　5、網絡容量大：一個ZigBee網絡理論上可支持高達個節(jié)點[20]。

　　總體設計方案

　　1.1基于zigbee的糧倉溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設計指標以及要求本文選取糧倉中的溫度、濕度為監(jiān)測對象，采用zigbee無線網絡進行數據傳輸。為了確保監(jiān)測系統(tǒng)數據采集的準確性和無線傳輸的可靠性，系統(tǒng)的測量參數和zigbee網絡性能需要滿足以下要求:

　　糧倉監(jiān)測系統(tǒng)的測量參數要求如下：測量溫度在40℃~123.8℃之間，測量適度范圍在0~100%RH之間，分辨力分別為0.1℃和0.1%RH，允許的誤差范圍在±0.4℃以及3.0%RH。

　　1.2基于zigbee的糧倉溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的方案設計

　　基于ZigBee的糧倉溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)測網絡和信息監(jiān)測管理系統(tǒng)(上位pc機)兩部分組成，系統(tǒng)總體設計示意圖如圖1所示。監(jiān)測網絡是由若干個傳感節(jié)點和一個匯聚節(jié)點按照一定的協(xié)議形成的無線傳感器網絡。傳感節(jié)點放在特定的監(jiān)測區(qū)域中，將采集的數據以多跳的通信方式傳送到聚節(jié)點，同時能夠接收匯聚節(jié)點發(fā)來相應命令。監(jiān)測網絡中的匯聚點接收網絡內所有傳感節(jié)點的信息，并將這些數據解析成幀后通過RS232串口上傳至pc機監(jiān)測管理系統(tǒng);同時匯聚節(jié)點也能夠接收pc(上位)機發(fā)來的幀，解析幀后向網絡中的節(jié)點發(fā)送管理信息，完成用戶自定義網絡設置功能。

　　一、無線傳感器網絡節(jié)點的硬件設計

　　由于本溫濕度測控系統(tǒng)的驗證實驗是在一個小型的糧庫中進行的，組建簡單的星形網絡即可，不需要路由器節(jié)點轉發(fā)所采集的信息。本糧倉溫濕度測控系統(tǒng)各部分工作情況如下：

　　1、傳感器采集節(jié)點工作過程【糧倉溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)原代碼】

　　首先，根據實際需求，將傳感器采集節(jié)點撒布在糧倉內所需監(jiān)測的區(qū)域，傳感器感知并采集監(jiān)控區(qū)域周圍的溫濕度信息，并在其內部對所采集到的溫度和濕度信息進行放大、A/D轉換等處理；然后，通過MCU讀取傳感器輸出的數據，并對讀到的數據進行計算處理以得到溫濕度真實值；最后，將糧倉內溫濕度的最終真實數據無線發(fā)送給網關。其中，為了保證數據能夠順利傳送至網關，傳感器采集節(jié)點在采集數據和發(fā)送數據之前，必須能夠并順利加入ZigBee網絡。

　　2、網關的工作過程

　　本糧倉溫濕度測控系統(tǒng)中的網關相當于ZigBee網絡中的協(xié)調器，擔負著ZigBee組網工作。各終端設備申請加入網絡成功后，就可以和該網關進行無線通信。本網關接收到傳感器采集節(jié)點發(fā)送過來的數據，經過相關處理后，會通過串口將這些數據傳輸到上位機或者通過以太網將它們傳送到遠程PC端，從而實現對糧倉內溫度和濕度信息的監(jiān)測。同時，當監(jiān)測的溫度或濕度值超出系統(tǒng)所設定值的范圍，上位機或遠程PC端會發(fā)送相應的控制信息給網關，再通過網關將這些控制信息無線轉發(fā)給糧倉內相應的控制節(jié)點。

　　3、控制節(jié)點的工作過程

　　對于本設計中的控制節(jié)點，同樣根據實際需求將其撒布在糧倉內，且在工作之前，也需要申請加入ZigBee網絡。加入網絡成功后，才可以實時監(jiān)聽無線信道上是否有網關無線發(fā)送過來的控制命令，若控制節(jié)點接收到控制命令，會立即通過控制節(jié)點中的MCU控制繼電器的通斷以控制糧倉內的現場調控設備（如電風扇、降溫器、除濕機等），從而實現對糧倉內溫度和濕度信息的遠程調控。

　　2.1傳感節(jié)點系統(tǒng)結構設計

　　2.2匯聚節(jié)點系統(tǒng)結構設計

　　ZigBee無線傳感器網絡中的傳感節(jié)點和匯聚節(jié)點由于功能不同，所需的硬件結構也會有所不同，本文分別對傳感節(jié)點和匯聚節(jié)點進行了設計。匯聚節(jié)點主要由電源模塊、微處理器模塊、無線通信模塊組成，其系統(tǒng)硬件結構框圖如圖3所示

　　匯聚節(jié)點主要是接收傳感網絡中傳感節(jié)點的信息，通過RS232串口發(fā)送給PC機上的信息監(jiān)測管理系統(tǒng)，同時一能夠接收PC機發(fā)來的幀，經解析后完成用戶自定義網絡的管理功能.