基于Zigbee技术的粮仓测温系统
基于无线传输技术的粮仓监测系统
基于无线传输技术的粮仓监测系统传统的人工监测以粮食温湿度监测，没有办法来处理粮食安全的隐患-害虫。
为了节约资源，实现低功耗，保证粮食的安全储存，通过研究，可以实现实时监测温湿度和病虫害的数量，越限粮库报警系统。
粮仓温湿度采集系统与灯光诱杀害虫和计数，将采集到的数据进行处理，通过ZigBee无线传输到服务器监控粮库环境后送到MSP430。
标签：ZigBee；低功耗；粮库监测；越限报警1 概述近年来，随着科学技术研究的快速发展，在国家粮食监测和管理水平的粮食状况有一定程度的增加，智能仪器被广泛应用于粮食仓储单位，但粮食主要针对的是温度和湿度。
目前，在粮库的使用并不普遍，是衡量粮食病虫害控制技术，甚至在一些粮库自动测量系统的设计和制造一些害虫，但主要是耗电量大的缺点，自动化程度低，需要消耗大量的人工[1-4]。
因此，本文以现有的无线传输技术、传感器技术和粮食存储的相关知识是为了准确地实时监测温度和湿度，记录储粮害虫种群和及时报警的粮库监控系统[5-8]。
2 系统总体设计整体工作流程系统采集温湿度传感器和害虫数量模块、MSP430控制器模块、无线传输模块，实时数据显示和报警模块、电源模块、服务器模块构成。
2.1 系统硬件设计2.1.1 传感器模块MSP430G2231适用于控制传感器，通常用于获取模拟信号并将其转换为数字值进行后处理。
该系统的传感器模块包括温度传感器模块DS18B20，湿度传感器HS1101和害虫计数模块。
2.1.2 DS18B20温度传感器模块温度传感器采用高集成度且高精度的PR-35封装式DS18B20，DS18B20较优于传统的热敏电阻，体积小，功耗低，无需外部元件，用户可自动设置上、下温度限值。
温度数据信息通过I/O引脚进入MSP430单片机控制系统，实现对温度的实时监测系统。
2.1.3 HS1101湿度传感器模块湿度传感模块主要有HS1101及其外围电路。
HS1101是Humier公司推出的电容式湿度传感器。
基于ZigBee模块粮仓温湿度测控系统
基于ZigBee模块粮仓温湿度测控系统
刘娜
【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》
【年(卷),期】2016(16)5
【摘要】粮仓需要防火、防腐、防潮、通风,其中温湿度是保证粮仓内粮食长期安全储存的重要条件.目前大部分采用人工查看,出现险情则采取相应控温控湿措施.由于检测报警不及时、火灾、人工差错等问题可能导致库存粮食损失,本文设计了基于ZigBee技术的粮仓温湿度监控系统.系统由检测点传感器、ZigBee模块和计算机系统组成,实时检测温湿度和烟雾等,可以设置报警上下限值,管理员可根据情况采取相应措施.
【总页数】4页(P69-72)
【作者】刘娜
【作者单位】辽宁机电职业技术学院,丹东118009
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于SHT11的粮仓温湿度测控系统的设计 [J], 王武礼;杨华
2.基于Profibus的粮仓温湿度测控系统设计 [J], 高庆敏;高磊
3.基于LabVIEW的粮仓温湿度测控系统设计 [J], 高磊;张晓朋
4.基于ZigBee的粮仓温湿度监测系统设计 [J], 杜岳涛;杨娜娜;董绵绵
5.基于ZigBee的粮仓温湿度采集系统的初步设计 [J], 彭小青
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基于ZigBee技术的仓库温度监测系统
基于ZigBee技术的仓库温度监测系统我国是一个农业大国，每年都有大量的新粮收获也有部分陈粮积压，由于储存不当造成大量的粮食浪费，给国家和人民造成巨大的经济损失。
为了减少损失，以往采取用人工的办法定期对粮食进行晾晒、通风、喷洒药剂等，防止因存储不当引起虫害，但这样做消耗人力和财力，且效果不佳，发霉变质等现象仍然仔在。
随着科学技术的发展，传统的人工定期定点查看粮仓温度的方法，已逐渐被电子监测温度设备所取代。
本文设计了一套粮仓温度监测系统。
采用ZigBee技术的无线通信网络对仓库各点温度进行监测，管理者可以在控制室随时了解仓库现场的信息，使粮仓管理实现自动化、智能化。
1 ZigBee技术的分析与研究在工业控制、环境监测、商业监控、汽车电子、家庭数字控制网络等应用中，系统所传输的数据通常为小量的突发信号，即数据特征为数据量小，要求进行实时传送，如采用传统的无线技术，虽然能满足上述要求，但存在着设备的成本高、体积大和能源消耗较大等问题，针对这样的应用场合，人们希望利用具有成本低、体积小、能量消耗小和传输速率低的短距离无线通信技术。
ZigBee技术就是在这种需求下产生的。
它是具有成本低、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术，其中文译名通常称为“紫蜂”技术。
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。
在ZigBee技术中，其体系结构通常由层来量化它的各个简化标准。
每一层负责完成所规定的任务，并且向上层提供服务。
各层之间的接口通过所定义的逻辑链路来提供服务。
ZigBee技术的体系结构主要由物理（PHY）层、媒体接人控制（MAC）层、网络/安全层以及应用框架层组成，其各层之间如图1所示。
PHY层的特征是启动和关闭无线收发器，能量检测、链路质量、信道选择、清除信道评估，以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。
ZigBee在粮仓温湿度远程监控系统中的应用设计与实现
ZigBee在粮仓温湿度远程监控系统中的应用设计与实现
随着计算机、无线通信、传感器等现代电子技术的飞速发展和广泛的应用,实现粮仓的智能化是现代化粮仓建设的发展方向。
粮情监控作为粮仓现代化储粮新技术之一,一直是粮仓智能化建设的重要组成部分和研究热点。
粮仓的温湿度是粮情中最为关键的影响因素,对于维持粮仓储藏环境的平衡对于保证粮食储藏安全十分重要。
目前无线传感器网络的迅速发展和广泛应用,为粮仓的监控系统的建设提供了更为先进和高效的方法。
本文根据粮仓的储粮特点和应用现状,运用无线传感器网络技术,设计出具有布线简单、功耗较低、控制准确的粮仓温湿度监控系统。
首先,该系统以无线低功耗芯片CC2530为处理器核心,以Zig Bee协议为技术支持,使用CC2591增加了节点的通信距离,设计了基于PCF8563和DS18B20的低功耗多点检测传感器采集节点和基于SHT10的温湿度采集节点,来采集粮堆温度和粮仓内外的温湿度采集,并设计了基于多路继电器的控制节点来控制通风设备。
其次,使用技术开发远程监控平台,实现了对粮仓温湿度数据的存储分析和通风设备的远程控制;并在远程监控制平台的基础上引入了一种基于粮储机械通风技术的最佳通风时间计算公式和实现多种通风模式的自动控制策略,满足了不同粮情的通风控制,实现了通风控制的智能化,避免了不良通风造成的粮食损害,保证了粮食的安全储藏。
最后,通过对粮仓的网络通信稳定性测试和粮仓远程监控平台的实现,表明了使用Zig Bee技术开发的粮仓温湿度监控系统在粮仓智能化建设的可行性。
基于 ZigBee 的粮库温湿度监测系统设计
基于 ZigBee 的粮库温湿度监测系统设计李泉;马应魁;李金明;马丽红【摘要】The temperature and humidity of the grain depot directly affect the quality of the stored grain.The effective monitoring of temperature and humidity inside the grain depot has great significance to scientific storage .A design of temperature and humidity monitoring system of grain depot based on ZigBee is proposed in this paper. Analysis and design are presented for gathering network.The block diagrams of ZigBee node design and software flow are given.The experimental results show that the system is stable and reliable.The system has practical value.%粮库的温湿度直接影响了储存粮食的质量，粮仓内部的温湿度环境的有效监测对科学储粮具有重要意义。
针对采集网络做了分析并给出了设计，提出了一种基于ZigBee的粮仓温湿度监测系统的设计方案，给出了ZigBee节点设计及软件流程框图。
实验结果表明，系统稳定可靠，具有实用价值。
【期刊名称】《兰州石化职业技术学院学报》【年(卷),期】2016(016)001【总页数】4页(P30-33)【关键词】监测;ZigBee;温湿度;粮库【作者】李泉;马应魁;李金明;马丽红【作者单位】兰州石化职业技术学院电子电气工程系，甘肃兰州730060;兰州石化职业技术学院电子电气工程系，甘肃兰州730060;兰州石化职业技术学院电子电气工程系，甘肃兰州730060;际华三五一二皮革服装有限公司，甘肃兰州730030【正文语种】中文【中图分类】S379.5粮食产业关系国计民生，而粮食储备环节在其中占有重要位置，粮食储藏直接影响着粮食的质量。
基于ZigBee的无线粮仓监控系统设计
基于ZigBee的无线粮仓监控系统设计【摘要】针对当前粮情监测方面存在的问题，设计了基于ZigBee技术的粮库中央监测系统，采用传感器进行温湿度监测，采用无线通信进行数据传输，性能稳定，可靠性高，灵活性强，成本低，易于管理。
【关键词】传感器；ZigBee技术；终端节点；中心节点我国是一个粮食大国，国家每年为粮食储藏支付了很高的费用。
粮仓的温湿度检测及控制，直接影响到粮食的储存质量。
传统的粮仓检测设备采用有线方式，需要铺设大量电缆，布线困难，信息分散，不易管理。
针对当前在粮情监测方面存在的问题和不足，我们将现代传感技术和无线网技术相结合，设计了基于ZigBee的无线粮仓监控系统。
采用基于ZigBee技术的无线通信网络对粮仓各点的温湿度进行监测，可以使系统采样的布置更灵活，采用无线通讯方式实现数据传输，管理者在控制室就可以随时了解仓库现场的信息，在后期维护上可以节省更多人力、物力，使粮仓管理实现自动化、智能化。
一、ZigBee技术简介ZigBee技术是一种新兴的无线网络通信技术，具有短距离、低功耗、低成本、高容量等特点，的是当今世界发展最快，市场前景最广阔的新技术之一。
目前广泛应用于工业、农业、军事、医疗等领域。
ZigBee无线传感网络最多可由65000个无线传感器节点组成，十分类似于CDMA网或GSM网。
每个Zigbee“基站”不到1000元人民币，数据传送的过程是通过相邻节点接力传送的方式传回基站，再通过基站以卫星通信或有线网络连接的方式传送给最终用户。
基于ZigBee 技术构建的无线传感器网络，具有组网简单、系统花费少、扩展网络容易、通讯稳定、无需支付网络费用等优点，在实际中有很好的应用价值。
二、硬件系统设计1.将ZigBee技术和传感器结合组建无线传感器网络本系统是采用集中分布式控制的监控系统，总控制点设在监测室，而各分控制点是由一个ZigBee中心节点和若干ZigBee终端节点组成，ZigBee终端节点外接传感器节点。
基于ZigBee的粮仓温湿度采集系统的初步设计
基于ZigBee的粮仓温湿度采集系统的初步设计彭小青【期刊名称】《电子质量》【年(卷),期】2016(0)7【摘要】粮食作为一种特殊的战略物资，影响着国家的稳定和谐发展。
为了防止粮食霉变保障粮仓内粮食的质量和安全，实时观察粮仓内的温湿度显得极为重要。
随着无线传感器网络技术和计算机技术的发展，ZigBee无线通信网络技术在粮仓测控系统中的应用越来越普遍。
该设计分为上位机和下位机两部分，下位机采用lpc1114模块和CC2530模块组成信息的采集模块，然后通过USB-串口模块将数据展示在上位机上。
%Food as a special strategic supplies,affects the country's stability and harmonious development.In order to prevent food moldy and ensure the food quality and safety within the granary,real-time observation of temperature and humidity inside the barn is extremely important.With the development of wireless sensor network technology and computer technology,ZigBee wireless communication network technology in the Gr-anary measurement and control system is more and more common.The design is divided into upper and lo-wer computer parts,lower computer lpc1114 CC2530 module and module information acquisition module,a-nd then through USB-serial module data wil appear on the PC.【总页数】5页(P32-35,42)【作者】彭小青【作者单位】东华理工大学，江西南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TP273【相关文献】1.基于ZigBee的粮仓温湿度监测系统设计 [J], 杜岳涛;杨娜娜;董绵绵2.基于ZigBee模块粮仓温湿度测控系统 [J], 刘娜3.基于Zigbee的粮仓温湿度监测系统设计 [J], 董静薇;李会乐;郭艳雯;汤官华4.基于Zigbee的粮仓温湿度实时监测系统设计 [J], 王培元;高潮5.基于ZigBee的粮仓温湿度监控系统设计 [J], 徐小玲;李少彪;张福强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于ZigBee的温湿度监控系统设计
基于ZigBee的温湿度监控系统设计推荐关键词：温湿度监控系统/粮情测控系统粮食是人类赖以生存的基本物质，是关系国计民生的重要物质，目前我国地方各大粮库的温湿控制，主要采用干温度表、毛发湿度计、双金属式测量计、湿度测试纸等测量器材进行人工检测。
ZigBee技术具有节点能耗低、成本低、应用简单、组网能力强等优点。
基于以上优点，本文提出了基于ZigBee 的无线传感器网络的粮仓环境检测系统。
1 系统框架设计本文采用ZigBee 技术的无线传感器网络，通过传感器采集粮仓的温湿度，并把数据传输到无线通信节点中。
在系统中，每个粮仓安置几个发送模块作为路由器使用，通过路由器把数据无线发送到协调器中，协调器通过RS232 与上位机进行通讯，实现对粮仓环境温湿度的监控。
同时系统也对粮堆温度的现场测量，不仅在现场显示，供现场工作人员监控粮堆的温度，而且通过无线节点发送到协调器，在上位机中显示。
图1 为系统的结构示意图。
系统中存在一个节点作为协调器节点，完成网络组建、路由功能。
粮堆内节点只作为终端节点，之间互相不通信，因此采用半功能节点（RFD），完成粮堆温度采集及发送。
而粮仓节点采用全功能节点（FFD），之间可以互相通信并附带路由器功能，完成网络通信及温湿度采集。
图1 基于ZigBee 的粮仓温湿度监控系统结构示意图2 温湿度监控系统硬件设计2. 1 粮仓节点无线传感器节点由数据采集、数据处理、无线通信和能量供应四个模块组成，节点结构如图2 所示。
数据采集模块负责温湿度信息采集和数据转换；数据处理模块由微控制器组成，负责控制整个传感器节点的操作和数据存储；无线通信模块由无线收发器组成，负责与其他传感器节点进行通信，能量供应模块为系统其他的三个部分提供能量。
SHT11是瑞士Sensirion 公司推出的基于CMOSensTM 技术的新型温湿度传感器。
而CC2430 芯片为Chipcon 公司生产的2. 4GHz射频系统级芯片，是一款真正符合IEEE802.15. 4 标准的片上ZigBee 产品。
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基于Zigbee技术的粮仓测温系统
作者：王萌黄惟公文先仕李吉成
来源：《中国新技术新产品》2009年第24期
摘要:介绍了一种基于Zigbee技术的无线粮仓测温系统。
该系统具有无线、省电、抗干扰强等特点。
本文重点阐述了该系统的系统构成、zigbee技术和CC2430芯片的特点,以及节点、路由器、协调器的硬件结构和软件流程图。
关键词:无线粮仓测温系统;zigbee;CC2430;DS18B20
中国人多地少、农业资源存量不足,人均粮食资源占有量远远低于世界平均水平,粮食是关系到国家安全的重要战略物质。
因此粮食的安全问题非常重要。
本文就介绍了一种无线粮仓测温系统,监控粮仓的温度,保障粮食安全。
1系统架构
现在国内的粮情监控系统一般采用CAN总线或RS485总线、总线进行数据传输。
综观国内粮仓测温系统,粮仓内都少不了粮温信号处理器,都必须市电供电,测温电缆都必须若干根连在一起再连到仓内粮温信号处理器,粮堆上面都少不了众多信号电缆、供电电缆,不仅增加成本,而且安装、维护都比较困难。
本系统为了使设备简单、成本低廉和维护方便,采用了最近国际上流行的Zigbee无线技术。
它省去了过多的电缆,便于安装,价格低廉。
下图1为本系统的结构框图。
在粮库中存在数个粮仓,在每个粮仓中,可以在不同位置放置数个温度采集节点,每个节点由一个发送模块、一个温度采集模块和数个DS18B20(一般一个温度采集模块最多接8个DS18B20)组成。
由于粮仓一般是封闭性较好,不利于信号的传递,我们在每个粮仓制高点布置一个发送模块作为路由器使用,接受该粮仓内的信号并向协调器发送。
由于一些大型粮库可能占地上百亩,包含数十个粮仓,对于这么大的空间,发送模块的传输距离有限,因此每个路由器还作为中继站使用,路由器之间可以传输数据,传输到可以直接与协调器通信的距离,再向控制室的协调器(接受模块)发送数据信号,协调器再将信号发送给控制室的PC机,进行监控。
2 ZigBee 技术简介
Zigbee技术的特点包括以下几个方面:省电:两节五号电池即可实现长达6个月到2年的使用时间;可靠:采用了碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突;节点模块之间具有自动动态组网的功能,信息在整个zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输,从而保证了信息传输的可靠性;时延短:针对时延敏感的应用作了优化,通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短;网络容量大:可支持多达65535个节点;安全:zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用通用的AES-128;高保密性:64位出厂编号和支持AES-128加密。
3 无线粮仓测温系统的模块设计
本文设计的无线粮仓测温系统不必在粮仓中布置大量的信号电缆和供电电缆,只用在模块中安装几枚干电池就可以工作6个月到2年时间。
不仅减少了布线的麻烦,而且减少了成本,还可以避免由于布线过多引起的火灾等安全隐患。
该无线粮仓测温系统的模块分为温度信号采集节点模块、路由器模块和协调器模块等三种。
3.1 温度信号采集节点模块的硬件设计
温度信号采集模块由数个DS18B20温度采集芯片、8位拨码开关、电源部分、天线部分和CC2430芯片等组成。
下面为一个温度信号采集节点模块的组成框图(见图2)。
DS18B20测温采用了测温电缆的方式。
测温电缆是测温传感器DS18B20用3根线串联起来,这3根线中的一根是电源(VCC),一根是地(GND),第三根是信号线,这就是"ONE WARE"总线。
测温传感器DS18B20焊到这三根线上,加一根钢丝,一起塑封,形成一根电缆,这就构成测温电缆。
加钢丝目的是为了增加电缆的抗拉强度。
这样的测温电缆抗熏蒸、抗拉、寿命长。
按照需要将测温电缆放置在粮仓的不同位置,监控粮仓的温度。
在这里我们需要注意一个问题,在每个测温电缆上,是否可以挂任意多个DS18B20呢?通过试验,我们发现但单总线上所挂DS18B20超过8个时,就需要解决微处理器的总线驱动问题。
因此我们每根测温电缆上只能接8个以下的DS18B20。
这里我们在每个测温电缆上串接4个DS18B20。
每个温度采集节点上接8根测温电缆。
每个电缆长6m,每个DS18B20间隔1.5m。
每个测温电缆间间隔0.5m。
这样每个温度
采集节点就可以监控4m*6m的面积。
例如一般的桶仓直径一般8米,高20米。
若在仓顶、仓底各留1m的高度,这样3*4个温度采集节点就可以监控这个桶仓的温度。
由于在一个粮仓中需要很多的测温节点,且这些节点可能会随时布置到不同的位置,怎样识别这些几点是一个问题?若用软件,很麻烦,需要改变程序,要专门人员才行。
在这里我们在每个节点上安装了一个8位拨码开关。
它可以对256个节点进行编码识别。
可以满足一般的粮仓需求。
CC2430芯片是有挪威Chipcon公司生产的一款符合IEEE802.15.4协议的2.4GHZ的射频芯片。
它使用1个8位MCU(8051)、具有32/64/128KB可编程闪存和8KB的RAM,还包含模/数转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128协同处理器、看门狗定时器(WatchDog Timer)、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power On Reset)、掉电检测电路(Brown Out Detection)以及21个可编程I/O引脚。
该芯片具有以下特点:(1)高性能和低功耗的8051微控制器核。
(2)集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机。
(3)优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。
(4)在休眠模式下仅0.9uA的电流损耗,外部的中断或RTC能唤醒系统;在待机模式下低于0.6uA的电流损耗,外部的中断能唤醒系统。
(5)较宽的电压范伟(2.0--3.6V)。
(6)zigbee/802.15.4全兼容的硬件层、物理层等。
CC2430芯片的这些特点使得该模块具有体积小、内嵌网络通讯协议, 符合ZigBee 网络层的标准, 为IEEE.802.15.4 标准兼容产品,可实现高效率发射、高灵敏度接收、节电, 无线数据速率高达250kbit/s的特点。
3.2 路由器模块和协调器模块
路由器模块是在温度信号采集节点模块的基础上省去了8位拨码开关和DS18B20。
而协调器模块是在温度信号采集节点模块的基础上省去了8位拨码开关和DS18B20,添加了串口部分,便于将信号传输给PC机。
4 程序流程
4.1 温度信号采集节点模块的程序流程
如图3所示,为温度信号采集节点模块的软件设计流程图。
首先节点、路由器、协调器通过zigbee 2006通讯协议组成了一个网状网络。
来自协调器的命令激活各个温度采集节点,依次询问温度;各个温度采集节点将温度信号发送给对应的路由器,完成后进入睡眠状态;信号在路由
器之间传递,最终由距离协调器最近的路由器将数据发送给协调器,将收集到的温度信号通过串口发送给控制方的PC机,达到控制效果。
在这里,温度采集节点模块被从睡眠状态激活以后,初始化系统参数,复位DS18B20,读取温度数据。
之后立即开始发送节点地址,等待路由器响应,而后发送数据长度,确认长度后路由器可以预留合适得到空间存储数据而后接受数据,接受效验码,到此,本发送任务结束,进入睡眠状态,节省电源。
而路由器接受下一发送模块的数据,并将刚接受到的数据发送给协调器。
4.2 协调器的程序流程
协调器的软件设计流程图如图4所示。
协调器负责接受所有路由器发送来的温度信号,控制各路由器,从而达到间接控制各个节点的工作状态,避免碰撞,对采集到的数据进行处理,发送给PC机显示。
因此协调器是该系统中最重要、最核心的部分。
但也由于其重要,工作量大,需要长时间开机工作,因此耗电量较大。
协调器在工作时候首先要初始化参数,对串口初始化,然后根据需求依次接受各个节点的温度信号,通过串口发送给PC机,PC机通过显示器显示十进制数据,达到远程无线监控的效果。
5 结束语
本文介绍的是基于AT89C51单片机和Zigbee技术的无线粮仓测温系统。
由于其具有低成本、低功耗、较远的覆盖范围, 将成为粮仓测温领域的一个新亮点。
该系统虽然是为了粮仓测温设计的,但是在工业、农业、医学等需要对温度进行监控的领域有广泛的应用空间。
本文的创新点在于通过zigbee技术使粮仓测温系统具有了无线,省电的特点,减少了布线的麻烦。
同时由于在监控室就可以实现远程监控,省去了不少人力、物力。
参考文献
[1]瞿雷,刘盛德,胡咸斌.ZigBee技术及应用[M].北京航空航天大学出版社.2007,9
[2]金纯,罗祖秋,罗凤等.ZigBee技术基础及案例分析[M].国防工业出版社.2008,1
[3]黄惟公,邓成中,王燕.单片机原理与应用技术[M].西安电子科技大学出版社.2007,8
作者简介:王萌(1983-),男,汉族,河北泊头人,硕士研究生,研究方向:嵌入式系统与工业测控。