仓库温湿度远程无线监测系统

2011-08-15张燚翾吴应伟

科技传播 2011年18期

关键词：温湿度仓库数据中心

张燚翾，吴应伟

宁夏青铜峡市青铜峡镇68242部队通信股，宁夏青铜峡 751601

仓库温湿度远程无线监测系统

张燚翾，吴应伟

宁夏青铜峡市青铜峡镇68242部队通信股，宁夏青铜峡 751601

本文介绍基于CC1110的低成本大型仓库无线温、度监测系统的设计与实现。系统由终端节点、中继节点，和数据中心组成。采用STH15数字温湿度传感器采集温湿度,采用无线单片机CC1110完成控制及无线收发。终端节点以一定的频率采集温湿度并实时的发送到数据中心收发模块，数据中心收发模块通过串口把数据发送到个人计算机并在人机界面上显示，以实现仓库温湿度的远程监测。

无线网络；低成本；数字传感器技术；通信协议

1 主要芯片介绍

1.1 CC1110芯片的主要特点[1]

CC1110无线单片机是TI公司生产的一种低成本的无线SoC，是一款低功耗的无线单片机，该芯片包含一个标准的增强型8051MCU和一个无线收发芯片。8051MCU自带32KB Flash和4KB RAM，还包含定时器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉点检测电路及21个可变成I/O口等。无线收发芯片可工作在315/433/868/915MHz的ISM（工业、科学和医学）和SRD（短距离设备）频率波段。CC1110在接收和发射模式下的电流分别低于16.2mA或16mA；休眠模式时，电流仅为0.5uA，外部中断或RTC能唤醒系统；在待机模式时，电流低于0.3uA，外部中断能唤醒系统；硬件支持CSMA/CA功能；能数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能；较宽的电压范围（2.0V～3.6V）；具有电池检测功能。

1.2 SHT15数字温湿度传感器[2]

SHT15数字温湿度传感器是瑞士Sensirion推出的SHT1x系列的数字温湿度传感器中的一款，基于领先世界的CMOSens®数字传感技术，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。SHT15数字温湿度传感器的测量范围：湿度0% RH～100% RH、温度-40℃～123.8℃，测量精度分别为±2.0%、±0.3℃(在25℃时）。全量程标定，两线数字接口，可与单片机直接相连，简化外围电路。此外，该传感器体积微小、响应迅速（＜4s）、低能耗（30μW）、可浸没、抗干扰能力强，性价比高。

2 系统的结构、功能及硬件组成

2.1 系统的结构、功能

该仓库无线温湿度测控系统由数个温湿度采集控制节点，中继节点和数据中心组成。数据中心由收发模块和个人计算机组成。数据收发模块通过RS-232与个人计算机相连。个人计算机提供人与系统的交互界面，管理人员可以通过PC软件查看节点和各仓库的实时温湿度，也可以实时的调控各仓库的温湿度。系统还具有定时自检和温湿度异常提醒功能，并通过PC软件显示结果，方便了管理人员对系统的监管。数据收发模块和温湿度采集控制节点之间有障碍物阻隔，直接通信很困难。中继节点在数据收发模块和温湿度采集控制节点之间转发通信数据，连通数据收发模块和温湿度采集控制节点。

2.2 系统的硬件组成

系统的硬件电路主要包括温湿度采集控制节点电路、中继节点电路和数据收发模块电路。本文主要介绍温湿度采集控制节点电路。温湿度采集控制节点主要包括CC1110工作在433MHz频段电路[3]，拨码盘电路，温湿度采集电路和温湿度控制电路。系统中CC1110工作在433MHz的免费频段电路RF_P、RF_N脚在RX期间向LNA分别输入正、负向射频信号，在TX期间接收来自其它节点的输入正、负向射频信号。拨码盘电路用于设定节点地址。节点在每次上电时，首先读拨码盘数据，并作为地址保存。节点以该地址加入系统，数据中心通过该地址可以唯一的。SCK用于CC1110与SHT15 之间的通讯同步，由CC1110提供。DATA三态门用于数据的读取。光电耦合器件U4，把交直流电路隔离开来，防止相互之间的信号干扰，同时实现交直流电路之间控制信号的传递。CC1110通过光电耦合器件U4来控制Q1的导通或截至，从而控制调控机。

3 节点通信方式及数据包的设计

系统软件主要包括系统通信协议的设计、节点的程序设计和系统人机界面。下面主要介绍节点通信方式、数据包设计，温湿度采集控制节点的程序流程图和人机界面的实现。系统采用载波侦听/冲突检测（CSMA/CA）通信[4]。载波监听通信在发送数据之前，一直检测空气中是否存在相同频率的载波，如果当前空气有相同频率的载波，就不发送数据；如果空气中没有相同频率的载波，则表明空间资源没有被占用，可以发送数据；一旦两个以上的节点同时监听到介质空闲并发送桢，则产生冲突，一旦发送冲突，停止发送，随机延时一段时间后，再重新争用介质，重新发送，直到成功。该通信方式在系统中的实现是通过检测SFR寄存器RFIM中的IM_CCA位来判断空气中是否存在相同频率的载波。数据桢类型通过数据类型来区分，加入网络时的请求信息(0x00)、数据（0x01）、控制命令（0x02）、广播信息（0x03）和确认信息（0x04）。数据（0x01）是终端节点发送给数据中心的温湿度值，控制命令（0x02）和广播信息（0x03）都是数据中心发往终端节点的控制命令，他们的不同在于控制命令是针对具体的某个节点，而广播信息的发送对象是所有的终端节点。确认信息为了保证通信过程中数据的准确，节点之间在通信时接收节点要将接收的数据再发送给发送节点，在发送节点确定接收节点收到的数据正确后，成功完成一次信息交换，否则重行发送数据，直到成功。信息正确交换一次，信息交换次数加一。