粮仓无线传感网温湿度控制系统探讨

郭纪良

（山东商务职业学院，山东 烟台 264000）

将无线通讯技术运用在粮仓内部温度与湿度进行控制的相关技术中，是本文主要详细讨论的问题。对数据运用数字温湿度传感器SHT11进行科学的搜集，由于MSP430FE427单片机的消耗功率比较低，将其运用在控制过程中最为合适，进行无线通讯的设备应该选用无线数据收发模块CC2420设备，将MSP430单片机与PC机二者之间通过RS485接口进行连接。通过以上各种设备的结合发挥作用，能够在粮仓内部温度和湿度无法满足正常标准时，下位机接受上位机发出的指令，启动通风、干燥等相关设备进行粮仓内部温度和湿度条件的改善。

1 粮仓无线传感网温湿度控制系统的无线数据传输系统及技术

1.1 802.11家族的标准协议

在最开始IEEE对一定范围内无线网的标准进行设计时，802.11就其中一个标准，在校园、办公室等一定范围内的网络中，将用户和用户之间使用的终端设备进行连接，是其最主要的功能，随着科技技术的不断完善发展，又接连开发出802.11a和802.11b这两个更加科学的新型标准。针对这两个新标准中，将频率为5GHz的功率作为802.11a的标准，所使用的正交频分多路复用副载波数量为52个，54M b/s作为其原始数据的最大传输率。而802.11b在实际工作中被应用的最为广泛，相关系统常数也是最接近标准的，其将2.4GHz的功率作为载波频率，11M b/s作为传输率。

1.2 蓝牙协议

作为一种全球的开放性规范，蓝牙技术能够将无线数据与语音通讯有机的结合起来，成为在一定区域内的无线连接技术，并且在10米之内的近距离传送技术中，是使用最方便、快速、灵活、安全、成本较小的技术，所以成为现如今在无线局域网中使用较为普遍的技术。这项技术能够在固定通讯设施与移动通讯设施二者之间成立一个比较特别的通道，使设备与设备之间能够以功率耗费最小为标准进行运作，并实现语音通信。网络结构比较分散、跳频速度较快、短包等技术是蓝牙模式的应用原理，可以将各个移动通信终端设施之间的信息传送变的相对简单，围绕单点对单点以及单点对多点的通讯模式展开操作，并运用双工传输的模式，1Mbps的数据传输率、工作频段为2.4GHzISM进行实际的数据传送。

1.3 ZigBee协议

ZigBee作为一种无线通讯技术，是将控制设备以及传感器设备等电子零部件，运用无线连接技术将他们连接起来的一种新型距离较短、速率较低的技术。其主要由MAC层、路由、网络层、应用层等组成了无线网络协议。在小范围内进行无线连接时，ZigBee技术实现通讯的方式主要是在不计其数的小型传感器之间将数据进行调整统一。虽然ZigBee技术现今正处在发展阶段，但是其成本较低、消耗功率较低的特点，已经被人们接受并越来越多的使用。ZigBee技术的成立前提，是以IEEE802.15.4标准为基础产生的，并将包括IEEE802.15.4的PHY层、MAC层、ZigBee堆栈层、网络层(NW K)、应用层、安全服务提供层合理的融入其中。

2 粮仓无线传感网温湿度控制系统的总体设计思想

2.1 系统的总体结构设计

无线粮仓的下位机系统，主要是针对各种粮仓温度搜集设备组成的大结构总称，无限粮仓的上位机系统，主要是针对各种数据集中处理设备以及上位机所组成的大结构的总称，上位机系统和下位机系统二者组成了无线通讯粮仓的控制系统。星型网路拓扑是无限粮仓温度和湿度控制系统所采用的主要结构，对无线粮仓温度合湿度的相关数据，通过上位机系统中的数据集中处理设备进行搜集，并以一个小范围无线网络的形式呈现出来。经过RS-485的处理，将数据集中处理设备与上位机有效的连接起来并读取、显示、管理。MCU处理设备、无线收发装置相结合组成了数据集中处理设备，进而实现了对粮仓温度和湿度相关数据的收取、保存、传送、控制等。运用电池，对下位机系统的数据搜集设备提供电能，并对其外部结构进行防腐、密封等处理，使其在环境比较恶劣的情况下，依然可以正常的开展工作。二者之间的通讯方式也是应用无线模式，能够抵抗比较强烈的影响。在以上的操作过程中，必须保证在一定的范围内进行，否则就会导致传送失败。如图1所示。

图1 系统总体结构设计图

2.2 系统总体功能需求及指标

第一，通过粮仓内部的无线局域网，将搜集到的粮仓内部温度和湿度的相关数据，保证精确、稳定的进行传送，进而科学的管理、控制粮仓内部的温度和湿度情况。第二，将搜集设备设定成以固定周期，对粮仓内部温度和湿度的具体数据进行搜集的程序，保证其具有一定的动态特征。第三，将粮仓内部温度和湿度的具体数据在上位机系统中正确、即时的显示出来，并运用图形这种直观感受的方法将存在问题的数据体现出来，并将设备设置成超过标准范围就会自动警告的模式。第四，将现年即时准确的数据与以往同时期的数据进行比较。第五，以湿度为（10% ～99% RH ）、温度为（-40～+60℃）的范围对粮仓内部温度和湿度的具体数值进行测量。第六，以湿度为≤0.1% 、温度为≤0.1℃的范围对粮仓内部温度和湿度的分辨率进行检测。

2.3 系统通信方案选择

（1）IEEE802.11b（Wi-Fi） 技 术。IEEE802.11b技术作为一定范围内无线网的国际化标准，在最初启用时，主要是针对规模比较大的办公室内部或者校园内部使用的，其安全程度比较高，传输数据的速度比较快，能够同时接收100个以内的终端设备同时连接。其优点众多，是一项性能比较高的网络传输技术，现如今已经被广泛运用在各种社会活动中。针对粮仓这种规模比较大的环境，IEEE802.11b技术能够很好的发挥作用，其只要将传输设备安置在一定范围内，不用对齐，也不用考虑中间的遮挡物，就能够快速的进行数据传送。因此，可以应用IEEE802.11b技术对粮仓内部温度和湿度进行管理和控制。

（2）红外技术（IrDA）。所谓的红外技术，纠其根本，其实就是将数据以单点对单点的形式，运用红外线进行传输的一种技术手段。其优势在于对指定频段的使用权限不用申请，并且消耗功率比较低，单点和单点之间连接比较方便快捷，使用比较方便等。但是其由于使用起来必须将两个终端设备的位置最大限度的对准，二者之间不能有任何障碍物进行遮挡，并且要在一定的范围内，否则就无法正常的将两个设备连接，进行数据的传送。因此在粮仓这种规模比较大、物品比较多的环境中，红外技术就不能顺利的发挥作用。因此不能应用红外技术对粮仓内部温度和湿度进行管理和控制。

3 结语

综上所述，通过以上对粮仓内部无线传感网温度和湿度进行控制的相关操作系统展开的详细讨论，我们能够清晰的知道粮仓内部无线传感网温度和湿度控制的整体结构，以此为基础，设计出一套严谨完善的系统，也就是应用星型网络拓扑结构，对系统的作用、命令、通讯计划有比较清晰的了解。使粮仓在实际储存粮食的过程中，通过无线传感网技术，能够游刃有余的对内部的温度和湿度进行管理和掌控。

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