基于无线传感器网络的粮仓监测系统设计

2018-02-12李林

江西农业 2018年5期

李林

（开封大学信息工程学院，河南开封 475000）

由于受经济和技术条件的限制，河南省开封市在粮食存储方面比较落后，主要问题在于粮仓的监测大多采用测温仪器与人工记录同时结合的传统方法，这种传统的方法消耗了大量的时间和人力，检测数据不够全面，检测效率低下，容易耽误控制温湿度的最佳时机，从而导致粮食变质[1]。该文通过采用无线传感器设备、无线网关、网络摄像头等农业物联网技术，依照传统的粮食贮藏工艺，在不改变现有的作业流程和方式的基础上，开发一套更适合开封市粮食贮藏的，具有高可靠性、安全性、灵活性、可扩展性和易操作性的软硬件结合的基于无线传感器网络的粮仓监测系统，使其能够实时收集粮食贮藏环境的温度、湿度、浓度等数据信息，监视粮仓情况，监测贮藏环境的变更，分析出粮食贮藏对湿度、温度、二氧化碳的需求规律，提供精准的数据，达到提高粮食贮藏质量的目的，引领开封市粮食贮藏方式的转变，促进企业增收。

1 无线传感器网络

无线传感器网络是由多个功能不同的传感器组成的，其融合了计算机、通信和传感器3项技术。传感器技术是设施农业物联网体系的核心与基础。传感器的主要部件是敏感元件，通过不同的敏感元件实现对温湿度、气体等环境因素的感知，同时将感知信息自动转化为电学量和数字量，便于传输和利用[2]。设施农业中常用的传感器能够实现对设施农业中温湿度、光照强度、二氧化碳浓度等的实时检测，物联网技术的发展使得智能高效的新型监测系统代替人工进行粮仓监测的方法成为现实。

2 ZigBee技术

ZigBee是短距离无线通信的技术之一，是无线传感器网络组建的首选协议。ZigBee网络工作频段灵活，使用国际通用的2.4 GHz频段进行无线通信。ZigBee网络由路由节点、端节点、中心节点所组成，自组网络中节点的距离范围为75 m到几百米。在每个区域内可以同时设置200多个ZigBee网络，每个ZigBee网络均可以采集数字数据和模拟数据，并且能够支持多达30个传感器节点和受控设备，每个传感器节点和设备均支持8种不同的接口[3]。

3 设计方案

通过分析开封市粮食贮藏特征和农业物联网的技术优势，设计方案基于设施农业物联网基本工作流程，围绕物联网“全面感知、可靠传送、智能处理”三层结构的实现，方案实施分为感知层、网络层和应用层3个层次。

3.1 感知层实施方案该层主要任务是将大量的传感器部署成为监测网络，将环境参数转换为数据信息。采用温湿度传感器、二氧化碳气体传感器等对粮仓内的温度、湿度及二氧化碳浓度等环境值实施实时收集。同时，在粮仓现场安放高清摄像头，实时采集视频信息，并对虫害等可疑信息采取放大识别。用户通过上位机或移动终端实时查看粮仓内的情况。

3.2 网络层实施方案该层设计采用有线光纤网络和无线传感网络相结合的传输方式。利用计算机网络中的TCP/IP协议，以及ZigBee、WIFI等短距离无线传输技术，根据粮仓实际需要，选择最优传输方式，降低通信开销，提高连接质量。

3.3 应用层实施方案选择智能手机作为终端，是因为其功能类似于PC，拥有独自的操作系统，功能强大，采用Android平台，通过设计与开发，以保证用户的良好体验，实现数据的远程管理，可实现对整个粮仓的监测数据进行长期记录，获取系统监测的实时数据、历史数据，并能够通过接口实现对执行机构的控制。