基于无线传输技术的粮仓监测系统

徐梓敬

摘 要：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。

关键词：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。在精度、响应时间且受温度影响范围等方面优于其他湿度传感器。

2.1.4 害虫检测模块

计数模块包括一对射式光电开关和害虫捕捉仪，其中害虫捕捉器由一个紫色的波长为365nmLED发光二极管做成害虫收集容器。脉冲信号由光电开关传感器产生的，信号作为中断源MSP430控制模块的计数操作。

害虫大多数具有趋光性，波长的光不同敏感度不同。根据相关数据表明，蛾类害虫是约365nm紫色波长最敏感，因此，在粮堆内将LED置于害虫收集容器内，一旦害虫进入捕捉口，此长管的两端分别安装对射式光电开关的发射端和接收端，这样在害虫通过洞入装置后就会引发光电开关产生中断脉冲。

2.2 无线传输模块

无线传输模块主要用于MSP430控制模块和服务器模块之间的通信。由支持ZigBee标准的CC1101芯片为RF1100模块构成。双向无线通信ZigBee技术在2.14GHz（全球流行）、868MHz（欧洲流行）和915 MHz（美国流行）的频带可以工作，其传输速率上限分别达到250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s，有10-75m范围内的传输距离，也可以对其进行继续增加，其低功耗、低复杂度和低成本的性能是比较好的。

2.3 MSP430控制模块

控制模块使用MSP430G2231，该单片机最大的特点是超低功耗。它包括一个强大的16位RISC CPU，16位寄存器和常数发生器以最大限度地提高编码效率，数控振荡器DCO从低功耗模式唤醒的运行模式在1？滋s范围内。

2.4 供电模块

该系统的电源模块主要是由5V直流电源和低压差电压调节器LM1117_3.3实现。可直接为传感器、单片机、ZigBee等提供5V、3.3V直流电源。

3 系统软件设计

3.1 传感器模块

湿、温度检测部分软件设计采用C语言编程。DS18B20的工作遵守严格的单总线协议。主要包括三个关键过程：初始化DS18B20、启动DS18B20作温度转换及读取DS18B20温度值。

3.2 无线传输模块

无线传输模块可以发送到服务器的数据包采用MSP430单片机，数据包使用三个字节的传输长度，每个环境变量是一个字节。CC1101首先需要从MSP430控制系统获得数据，上电复位后，再通过MSP430对其寄存器进行基础配置，SPI连续写配置寄存器使之发送功率为0dBm后发送数据至服务器进行处理。

4 结束语

对当前粮食仓库系统局限性的分析，设计了基于ZigBee通信技术的粮仓自动监测系统，实现了对粮食的温度和湿度，害虫的数量等多参数的显示，越线报警等功能的实时监测系统，并广泛用于食品加工行业等领域。

参考文献

[1]中央储备粮库存粮食损耗的原因与对策[EB/OL].http：//lyg.jsgrain.com/news.asp？id=9759，2009，2.

[2]杨永国，等.Visual C++ 6.0实用教程（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2007，9.

[3]涂海燕，等.基于无线数传的粮库害虫检测系统的设计[J].微计算机信息，2005：135-137.

[4]廖建尚.基于CC2530和ZigBee的智能农业温湿度采集系统设计[J].物联网技术，2015（08）：25-29.

[5]张馨，郭瑞，郑文刚，等.温室环境专用低功耗无线CO2传感器与校对方法研究[J].新疆农业科学，2014（06）：1028-1036.

[6]Ho Sung Lee，Se Won Oh.RFID infrastructure management based on event correlation analysis. The 14th International Conference on Advanced Communication Technology （ICACT）2012.

[7]Lin K Y，Hsu M W，Liou S R.Bicycle management systems in anti-theft，certification，and race by using RFID. Cross Strait Quad-Regional Radio Science and Wireless Technology Conference（CSQRWC）.2011.

[8]王银旺，马宏兴，张晓玲，等.基于上位机、NRF多点无线温度监控系统[J].电脑知识与技术，2016（23）：230-231.