徐梓敬

摘 要：傳統(tǒng)的人工監(jiān)測以糧食溫濕度監(jiān)測，沒有辦法來處理糧食安全的隱患-害蟲。為了節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)低功耗，保證糧食的安全儲存，通過研究，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測溫濕度和病蟲害的數(shù)量，越限糧庫報(bào)警系統(tǒng)。糧倉溫濕度采集系統(tǒng)與燈光誘殺害蟲和計(jì)數(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過ZigBee無線傳輸?shù)椒?wù)器監(jiān)控糧庫環(huán)境后送到MSP430。

關(guān)鍵詞：ZigBee；低功耗；糧庫監(jiān)測；越限報(bào)警

1 概述

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)研究的快速發(fā)展，在國家糧食監(jiān)測和管理水平的糧食狀況有一定程度的增加，智能儀器被廣泛應(yīng)用于糧食倉儲單位，但糧食主要針對的是溫度和濕度。目前，在糧庫的使用并不普遍，是衡量糧食病蟲害控制技術(shù)，甚至在一些糧庫自動測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造一些害蟲，但主要是耗電量大的缺點(diǎn)，自動化程度低，需要消耗大量的人工[1-4]。因此，本文以現(xiàn)有的無線傳輸技術(shù)、傳感器技術(shù)和糧食存儲的相關(guān)知識是為了準(zhǔn)確地實(shí)時監(jiān)測溫度和濕度，記錄儲糧害蟲種群和及時報(bào)警的糧庫監(jiān)控系統(tǒng)[5-8]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

整體工作流程系統(tǒng)采集溫濕度傳感器和害蟲數(shù)量模塊、MSP430控制器模塊、無線傳輸模塊，實(shí)時數(shù)據(jù)顯示和報(bào)警模塊、電源模塊、服務(wù)器模塊構(gòu)成。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 傳感器模塊

MSP430G2231適用于控制傳感器，通常用于獲取模擬信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字值進(jìn)行后處理。該系統(tǒng)的傳感器模塊包括溫度傳感器模塊DS18B20，濕度傳感器HS1101和害蟲計(jì)數(shù)模塊。

2.1.2 DS18B20溫度傳感器模塊

溫度傳感器采用高集成度且高精度的PR-35封裝式DS18B20，DS18B20較優(yōu)于傳統(tǒng)的熱敏電阻，體積小，功耗低，無需外部元件，用戶可自動設(shè)置上、下溫度限值。溫度數(shù)據(jù)信息通過I/O引腳進(jìn)入MSP430單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)。

2.1.3 HS1101濕度傳感器模塊

濕度傳感模塊主要有HS1101及其外圍電路。HS1101是Humier公司推出的電容式濕度傳感器。在精度、響應(yīng)時間且受溫度影響范圍等方面優(yōu)于其他濕度傳感器。

2.1.4 害蟲檢測模塊

計(jì)數(shù)模塊包括一對射式光電開關(guān)和害蟲捕捉儀，其中害蟲捕捉器由一個紫色的波長為365nmLED發(fā)光二極管做成害蟲收集容器。脈沖信號由光電開關(guān)傳感器產(chǎn)生的，信號作為中斷源MSP430控制模塊的計(jì)數(shù)操作。

害蟲大多數(shù)具有趨光性，波長的光不同敏感度不同。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，蛾類害蟲是約365nm紫色波長最敏感，因此，在糧堆內(nèi)將LED置于害蟲收集容器內(nèi)，一旦害蟲進(jìn)入捕捉口，此長管的兩端分別安裝對射式光電開關(guān)的發(fā)射端和接收端，這樣在害蟲通過洞入裝置后就會引發(fā)光電開關(guān)產(chǎn)生中斷脈沖。

2.2 無線傳輸模塊

無線傳輸模塊主要用于MSP430控制模塊和服務(wù)器模塊之間的通信。由支持ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的CC1101芯片為RF1100模塊構(gòu)成。雙向無線通信ZigBee技術(shù)在2.14GHz（全球流行）、868MHz（歐洲流行）和915 MHz（美國流行）的頻帶可以工作，其傳輸速率上限分別達(dá)到250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s，有10-75m范圍內(nèi)的傳輸距離，也可以對其進(jìn)行繼續(xù)增加，其低功耗、低復(fù)雜度和低成本的性能是比較好的。

2.3 MSP430控制模塊

控制模塊使用MSP430G2231，該單片機(jī)最大的特點(diǎn)是超低功耗。它包括一個強(qiáng)大的16位RISC CPU，16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器以最大限度地提高編碼效率，數(shù)控振蕩器DCO從低功耗模式喚醒的運(yùn)行模式在1？滋s范圍內(nèi)。

2.4 供電模塊

該系統(tǒng)的電源模塊主要是由5V直流電源和低壓差電壓調(diào)節(jié)器LM1117_3.3實(shí)現(xiàn)?？芍苯訛閭鞲衅?、單片機(jī)、ZigBee等提供5V、3.3V直流電源。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 傳感器模塊

濕、溫度檢測部分軟件設(shè)計(jì)采用C語言編程。DS18B20的工作遵守嚴(yán)格的單總線協(xié)議。主要包括三個關(guān)鍵過程：初始化DS18B20、啟動DS18B20作溫度轉(zhuǎn)換及讀取DS18B20溫度值。

3.2 無線傳輸模塊

無線傳輸模塊可以發(fā)送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)包采用MSP430單片機(jī)，數(shù)據(jù)包使用三個字節(jié)的傳輸長度，每個環(huán)境變量是一個字節(jié)。CC1101首先需要從MSP430控制系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)，上電復(fù)位后，再通過MSP430對其寄存器進(jìn)行基礎(chǔ)配置，SPI連續(xù)寫配置寄存器使之發(fā)送功率為0dBm后發(fā)送數(shù)據(jù)至服務(wù)器進(jìn)行處理。

4 結(jié)束語

對當(dāng)前糧食倉庫系統(tǒng)局限性的分析，設(shè)計(jì)了基于ZigBee通信技術(shù)的糧倉自動監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對糧食的溫度和濕度，害蟲的數(shù)量等多參數(shù)的顯示，越線報(bào)警等功能的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，并廣泛用于食品加工行業(yè)等領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]中央儲備糧庫存糧食損耗的原因與對策[EB/OL].http：//lyg.jsgrain.com/news.asp？id=9759，2009，2.

[2]楊永國，等.Visual C++ 6.0實(shí)用教程（第二版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007，9.

[3]涂海燕，等.基于無線數(shù)傳的糧庫害蟲檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2005：135-137.

[4]廖建尚.基于CC2530和ZigBee的智能農(nóng)業(yè)溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015（08）：25-29.

[5]張馨，郭瑞，鄭文剛，等.溫室環(huán)境專用低功耗無線CO2傳感器與校對方法研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，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]王銀旺，馬宏興，張曉玲，等.基于上位機(jī)、NRF多點(diǎn)無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)[J].電腦知識與技術(shù)，2016（23）：230-231.