基于物联网的多仓储环境综合测控系统

李大海　陈素　齐仁龙

摘 要：基于ARM平台和物联网技术设计的多仓储环境综合测控系统，采用各种类型的高精度传感器和S3C2410处理器，实现对温度、湿度、水分、气体浓度、粮仓密度等粮情综合参数的采集、在线监测，并搭建了远程智能监测系统。搭建无线传感器网络，通过粮情信息采集终端和监视中心软件平台实现对多仓储环境的有效监测，借助物联网技术实现多种检测信息的融合。

关键词：物联网；多仓储粮情；在线监测；S3C2410

中图分类号：TP212.9；TN92 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.022

物联网技术的发展为粮食仓储环境测控系统的建设提供了新技术，进一步推动了粮食温湿度检测系统、基于压力传感器的粮食质量检测系统和基于无线传感器网络的通风控制系统的建设。另外，借助高速发展的互联网技术可以实现多种检测信息的融合，而搭建远程智能监测系统也成为了一种发展趋势。但是，投资成本不高、新技术的实施具有滞后性等特点使得国内粮情测控系统在性能上普遍存在系统兼容性差、系统抗干扰能力差、精度低、系统检测项目少、智能化水平低、系统元器件易损坏等问题。鉴于此，本文将粮食温湿度检测、通风控制、粮食质量检测等功能有机结合起来，形成了一个集各种信息于一体的综合测控系统。

粮情综合测控系统的发展主要经历了以下几个阶段：①以粮食温度为主要性能指标、控制核心为单片机，利用热敏电阻等对温度具有敏感特性的原件组成了第一代测量粮情的系统。②以PC机作为控制核心，利用DOS操作系统，引进分线器技术，采用矩阵布线的方式组成了具有数据显示、储存、打印等功能的第二代粮情测控系统。③将以湿度、温度为主要特征的数字化传感器作为检测终端，检测的指标也比以前多，使传感器趋于集成化。在CAN总线和485通信模式下，实现了数字化信号的有效传输，同时，应用Windows系统也提高了软件的运行速率，加强了信息的传输与控制。④粮情测控系统是随着无线传感器网络等技术的应用发展起来的，直至现在国内绝大部分粮库设计者才开始采用该系统。

1 系统基本构成

粮情综合检测系统主要是由数据智能管理器、粮情信息采集器和上位机管理主站3部分组成的。粮情检测系统的核心单元是数据智能管理器。它在总线隔离技术的作用下，在实现了信息定时存储的同时，也实现了信息的中转传送，即在信息采集器与管理主站之间搭建了有效的桥梁，实现了信息的最佳效能传输。该系统能够定时接收信息采集器采集到的数据通信、粮仓温度、粮仓湿度和压力的数字信息。这样，粮仓的主站就会接收到粮仓信息采集器采集到的温度、湿度等信息数据。系统结构如图1所示。

1.1 信息采集器

粮仓信息采集器具有粮仓检测信息采集、记录/存储、控制等功能，是展现粮仓管理器数据交换能力的粮仓综合管理器。粮仓基本信息的实时记录和粮仓的运行情况信息都可以存储在相应的E2PROM中。当粮仓的实时数据传输到相应的智能管理

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器后，也就是将E2PROM中存储的粮仓基本信息数据取出，由粮仓管理器实现对上位机的信息传输，同时，也将备用电池状态和周围的磁场状态等信息传输到控制平台上。

1.2 信息控制器

控制器包括粮仓温湿度传感器、压力传感器和单片机控制部分。它与数字基本传感器连接，收集来自传感器的基本信号，并完成无线传输功能。

1.3 智能管理器

接收来自无线基本信息控制器粮仓内的基本信息，并及时由无线通信传输到远程监视中心，起到了上行通信和下行管理的作用。

1.4 PC监视中心

接收和管理各个粮仓无线基本传输智能管理器发送来的基本数据，并分析和显示这些数据经过处理后的结果。

2 硬件设计

数字智能管理器控制核心采用的是ARM920T架构的处理器S3C2410。该处理器的技术已经相当成熟了，并且它功耗低、集成度高、性能稳定。通信模块是由载波模块、GPRS通信模块GTM900C等组成，它能够实现信息的实时采集和通信。另外，数字智能管理器还包括键盘控制模块，LCD模块，由AM29LV800、K9F1208UOM组成的Flash存储模块（其中，AM29LV800用于启动代码的存放，K9F1208UOM用于应用程序代码、文件系统和粮情监测数据的存放），SDRAM模块（由2片HY57V641620构成，它固有的空间、数据集堆栈区可以为程序提供相应的运行条件）和USB接口模块。由于智能管理器的核心S3C2410运行速率比较快，所以，在驱动LCD时，一般加有延时程序。硬件作为整个系统的核心，实现了对粮情温度、湿度等数字传感器信号的实时采集，并有效执行了管理中心发出的各项指令，进一步保证了系统运行的可靠性。

智能管理器不仅是管理主站信息采集处理器的从机，也是粮仓粮情信息采集的主机，所以，其硬件设计尤为重要，要有效保证智能管理器运行的稳定性和可靠性。智能管理器设计如图2所示。

3 软件设计

3.1 软件的主要功能

3.1.1 粮仓检测信息的采集与处理

这项功能是指能够实时、定时、自动地读取相关数据，随时了解粮仓的基本信息以及粮仓的基本信息是否正常，以便于自动管理或手动控制。

3.1.2 粮仓信息管理

对于粮仓信息的管理，要实现实时查询、删除、修改、添加、统计、打印相关信息的功能。

3.1.3 部门信息管理

部门信息管理是指能够实现后台的管理权限设计，能够有效添加二级管理用户，并且能对二级用户实现信息的修改、添加、删除等功能管理。二级用户需要注册、审核后才能进入系统中。

3.1.4 自动报表生成

软件要具有自动生成报表并打印的功能。这样，不仅可以查询周信息、月信息，还可以查询某个时间段的信息报表。

3.1.5 系统部门分级管理

粮仓管理部门要实现权限分级管理，即对不同的管理层设置不同的管理权限。系统管理员可以实现对整个系统的管理，即实时信息的管理、粮仓粮情信息的管理和通信的管理等。一般情况下，管理员设置有信息查询权限，部分信息和通信管理查询是有管理权限的。

3.2 软件设计流程

粮仓检测控制器程序初始化流程如图3所示。主芯片收到

无线通信传来的数据后，检查数据地址（2个68之间的地址）是否是粮仓检测控制器地址，如果不是（同时也不是广播地址），就要把这帧数据依照原样发送到无线网上（同时判断数据帧是07/645还是97/645，按照不同的速率发送出去，07/645按9 600 bps发送，97/645按115 200 bps发送）；如果是广播地址，同时也是广播校时，则要对粮仓检测控制器校时，其他的则按照控制码解析处理；如果是粮仓检测控制器地址，就读取粮仓检测控制器本身的存储数据；如果没有数据，则要读取相应的粮仓信息数据之后再返回。

4 结论

粮情综合测控系统是国家未来10年发展的主要方向，随着国家物联网技术的发展，粮仓检测采集系统将成为国家粮食存储检测技术的重要组成部分，而全采集、全覆盖、智能化则是未来粮仓检测系统发展的主流方向。相信在不久的将来，对其的需求将会与日俱增，新的粮仓检测系统采集模式会随着市场需求的变化而变化，对其需求量也会越来越多。由此可见，科技创新、智能化发展是未来国家粮食存储安全的主导。

参考文献

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〔编辑：白洁〕