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基于ZigBee的温湿度监控系统设想

2014-08-29 15:44
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粮食是人类赖以保留的根底物质,是干系国计民生的次要物质,今朝我国处所各大粮库的温湿节制,次要采用干温度表、毛发湿度计、双金属式丈量计、湿度测试纸等丈量器材进行人工检测。ZigBee技术具有节点能耗低、成本低、使用简单、组网才能强等长处。基于以上长处,本文提出了基于ZigBee 的无线传感器收集的粮仓环境检测系统。

  1 系统框架设想

  本文采用ZigBee 技术的无线传感器收集,经由传感器采集粮仓的温湿度,并把数据传输到无线通信节点中。在系统中,每个粮仓安设几个发送模块作为路由器使用,经由路由器把数据无线发送到协调器中,协调器经由RS232 与上位机进行通信,完成对粮仓环境温湿度的监控。同时系统也对粮堆温度的现场丈量,不只在现场显示,供现场事恋人员监控粮堆的温度,并且经由无线节点发送到协调器,在上位机中显示。图1 为系统的布局示企图。系统中具有一个节点作为协调器节点,完成收集组建、路由功能。粮堆内节点只作为终端节点,之间互相不通信,因而采用半功能节点(RFD),完成粮堆温度采集及发送。而粮仓节点采用全功能节点(FFD),之间能够互相通信并附带路由器功能,完成收集通信及温湿度采集。
  

  图1 基于ZigBee 的粮仓温湿度监控系统布局示企图
 

  2 温湿度监控系统硬件设想

  2. 1 粮仓节点

  无线传感器节点由数据采集、数据处置、无线通信和能量供应四个模块构成,节点布局如图2 所示。
  
  图2 传感器节点布局图
 
  数据采集模块担任温湿度消息采集和数据转换; 数据处置模块由微节制器构成,担任节制整个传感器节点的操作和数据存储; 无线通信模块由无线收发器构成,担任与其他传感器节点进行通信,能量供应模块为系统其他的三个部门供给能量。SHT11是瑞士Sensirion 公司推出的基于CMOSensTM 技术的新型温湿度传感器。而CC2430 芯片为Chipcon 公司生产的2. 4GHz 射频系统级芯片,是一款真正合适IEEE802. 15. 4 尺度的片上ZigBee 产物。经由SHT11 检测获得温湿度,并转化为数字信号,传输至CC2430,由CC2430 担任对信号进行处剪发送。节点电源部门使用两节AA 电池,为了使系统工作时间持续长,节点凡是在闲置时快速进入休眠模式,其外设模块进入休眠情况,或者电源办理部门不对这些外设模块供电。

  CC2430 经由I2C 接口按时读出SHT11 的温湿度数据,并将温湿度经由无线收集传送。SHT11 采用串行与处置器进行数据通信,SCK 数据线担任处置器和SHT11 的通信同步; DATA 三态门用于数据的读取。为避免信号冲突,微处置器应驱动DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻将信号提拉至高电平,设想过程中,将SHT11 温湿度传感器与一个拓展插口P7 接在一路,独立做成一个小模块,便于与无线模块模板的连接,用CC2430 芯片发送采集数据到无线模块模板上的CC2430 芯片。SHT11 温湿度传感器模块的P7 对应CC2430 模板的L7 口,CC2430 模板既用来对SHT11 温湿度模块供电也用来对CC2430 芯片供电,无线模块模板与SHT11 温湿度传感模块的连接电路图如图3 所示。

  2. 2 粮堆节点

  对于粮库的监控,不只需监控粮仓的温湿度,并且也要监控粮堆的温度。对温度传感器的选型,这里采用DS18B20.DS18B20 是一款全数字温度转换及输出传感器。从DS18B20 读出消息或是写入DS18B20消息仅需要1 根口线( 即单总线接口) 。温度变换、读取等所需的能量由总线供给,无需外接电源。使用DS18B20 能够节流系统本钱、使系统布局更趋简单,靠得住性更高,更节能,更合用于温度缓变场所的长时间温度监测。最高分辩率达到12 位,精度可达±0. 5℃。基于DS18B20 温度传感器节点设想如图4 所示。
  
  图3 与温湿度传感模块的连接电路图。
  
  图4 与温度传感模块的连接电路图
 
  3 软件设想
  粮仓/粮堆温湿度节点软件的完成: 终端节点起首经由初始化系统参数,读取数据。之后当即起头发送节点地址,等待路由器响应,尔后发送数据长度,确认长度后路由器能够预留合适的空间存储数据尔后领受数据,领受校验码。至此,本粗丌送任务结束,进入睡眠情况,节流电源。而路由器领受下一发送模块的数据,并将刚领受的数据发送给协调器。

  颠末上面的措施,粮仓温湿度监控系统能够及时监控粮仓的温湿度变化,为更便利地完成数据观测,粮仓温湿度采集系统上位机监控界面采用图形化的编程言语labview 软件编写,完成对终端监测节点上传数据的采集与处置,并及时显示各个节点的IEEE 号和温湿度数据。粮仓温湿度采集系统监控界面如图5 所示。在进行PC 机和无线采集模块串行通信前,起首拔擢好串口,即串口初始化,使算计机串口的各类参数设置与无线收发模块的串口参数保持分歧,以致能够大概精确的通信。由图5 可见,所设想的界面反映了各节点所采集的温度和湿度,图中,0x6CFCFC5385FC4797 和0xE972B47D46C97E 别离是两个CC2430 节点的IEEE 地址,24.6℃和24.4℃暗示两个节点的温湿度传感器所采集到的温度,66. 5%和67. 6%暗示为两个节点采集到的湿度。

  
  图5 粮仓温湿度采集系统监控软件界面
 
  4 结论

  本文提出基于ZigBee 技术的粮仓温湿度监控系统设想,采用簇状收集组网,完成对粮仓环境温、湿度的丈量,采集并在labview 平台上完成了节点数据的显示。经由测验考试证明这类处理方案有很强的合用性,系统运转不变。在现实的推广中,可按照完成方针的需要确定路由器和终端设备的数量,处理现实使用中有线收集布线成本过高及不便达到、环境恶劣地域环境温湿度监测的问题。