樊 超，楊鐵軍，張德賢，王 珂

（河南工業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

基于Zigbee和GPRS相結(jié)合的糧食數(shù)量無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

樊 超，楊鐵軍，張德賢，王 珂

（河南工業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

在糧倉底面及側(cè)壁排布?jí)毫鞲衅?，通過壓強(qiáng)值擬合出糧食數(shù)量.提出了一種將Zigbee短距離無線通信技術(shù)與GPRS相結(jié)合的遠(yuǎn)程糧情數(shù)據(jù)無線傳輸設(shè)計(jì)方案，完成了傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)，并基于該平臺(tái)開發(fā)了適合于糧情數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議及軟件.測試表明，該系統(tǒng)完全可以測量糧倉中的儲(chǔ)糧數(shù)量，測量誤差不大于5%.

糧食數(shù)量；Zigbee；GPRS；無線傳輸

0 引言

糧食作為我國重要的戰(zhàn)略資源，是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，糧食的數(shù)量、質(zhì)量與安全直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的大局.在糧食儲(chǔ)藏過程中，由于其易受溫度、濕度及其他人為因素的影響，導(dǎo)致糧食數(shù)量損失，威脅儲(chǔ)糧安全[1-2].因此及時(shí)準(zhǔn)確地掌握存儲(chǔ)過程中糧食數(shù)量的實(shí)時(shí)變化情況，以便采取相應(yīng)的防控措施和制定合理的儲(chǔ)糧計(jì)劃，確保儲(chǔ)糧安全，是糧食儲(chǔ)藏過程中亟需解決的關(guān)鍵問題之一，是關(guān)系到國計(jì)民生的大事.

為了實(shí)時(shí)測量糧倉中的糧食數(shù)量，在糧倉的底部及側(cè)壁按照一定的規(guī)律安裝若干壓力傳感器，根據(jù)傳感器的測量值并利用數(shù)據(jù)融合算法即可推算出整個(gè)糧倉中的糧食數(shù)量.考慮到糧庫面積較大，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較多等特點(diǎn)，如果采用有線數(shù)據(jù)傳輸方式，勢必導(dǎo)致線纜敷設(shè)成本較高、維護(hù)困難.近年來，隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）以其成本低、功耗低、無需布線等優(yōu)勢在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水文水利檢測等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并成為目前研究的熱點(diǎn)方向.在綜合比較了各種無線數(shù)據(jù)傳輸方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用范圍的情況下，認(rèn)為采用Zigbee和GPRS來組建無線檢測網(wǎng)絡(luò)在糧庫數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶厥猸h(huán)境下更加簡單實(shí)用.

1 糧庫無線壓力傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

糧庫壓力無線傳感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖1，整個(gè)系統(tǒng)按功能可以分為3個(gè)網(wǎng)絡(luò)：

（1）Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò).主要由分布在監(jiān)測區(qū)域的壓力傳感器與Zigbee無線模塊組成Zigbee終端節(jié)點(diǎn)，并以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)[3-5].監(jiān)測區(qū)域內(nèi)按照距離的需要分布有Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，所有的壓力數(shù)據(jù)都可以通過這一網(wǎng)絡(luò)上傳到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn).

（2）GPRS網(wǎng)絡(luò).與外界交互的數(shù)據(jù)通過協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)首先經(jīng)過基站收發(fā)信機(jī)BTS（Base Transceiver Station）傳入基站控制器 BSC（Base Station Controller） ，然后進(jìn)入GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN（Serving GPRS Support Node），SGSN通過GPRS骨干網(wǎng)連接到GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) GGSN（Gateway GPRSSupport Node），最后數(shù)據(jù)經(jīng)過GGSN流入Internet[6-7].

（3）Internet網(wǎng)絡(luò).通過上位機(jī)服務(wù)器軟件處理和存儲(chǔ)采集到的糧情數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析匯總.為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，增加安全性，服務(wù)器端采用分布式架構(gòu)，將數(shù)據(jù)處理分為邏輯層和數(shù)據(jù)層.邏輯層放在監(jiān)控服務(wù)器上，主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)、處理和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)糧情的監(jiān)控；數(shù)據(jù)層放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，用于響應(yīng)邏輯層的請(qǐng)求，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性和安全性.

圖1 無線糧庫數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)中Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場壓力傳感數(shù)據(jù)的采集，GPRS網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸，Internet網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程共享.

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

Zigbee網(wǎng)絡(luò)包括數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和信息接收節(jié)點(diǎn).數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)與分布于現(xiàn)場的壓力傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備相連，主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)采集設(shè)備檢測到的壓力參數(shù)等信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，并通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送；信息接收節(jié)點(diǎn)與相應(yīng)的移動(dòng)終端相連，主要負(fù)責(zé)接收前端采集節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)，并經(jīng)必要的處理后將其傳送給移動(dòng)終端.根據(jù)Zigbee協(xié)議棧和AdHoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面考慮采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).在星型網(wǎng)中，信息收發(fā)節(jié)點(diǎn)這個(gè)功能強(qiáng)大的全功能設(shè)備FFD（Full Function Device）作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，位于網(wǎng)絡(luò)的中心，負(fù)責(zé)啟動(dòng)Zigbee網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)成員地址，維護(hù)節(jié)點(diǎn)的綁定關(guān)系表等；數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)分布于各糧倉內(nèi)，作為網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備，由精簡功能設(shè)備RFD（Reduced Function Device）構(gòu)成，負(fù)責(zé)與實(shí)際的監(jiān)控對(duì)象相連.在項(xiàng)目研究初期，由于糧庫現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)相對(duì)較少，采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漭^為合適，其優(yōu)點(diǎn)是路由相對(duì)比較簡單，便于擴(kuò)展，可簡化與GPRS網(wǎng)絡(luò)的連接.

2.1 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要由傳感單元、電源模塊、處理器單元和通信單元組成，見圖2.主要完成數(shù)據(jù)采集、信號(hào)監(jiān)測和信息傳送的任務(wù).

圖2 Zigbee數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)中無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用了Zigbee CC2430芯片，該芯片上整合了 Zigbee射頻（RF）前端、內(nèi)存和微控制器.它使用1個(gè)8位MCU（8051），具有 128 KB可編程閃存和 8 KB的 RAM，同時(shí)還包含14位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），可直接將遍布于糧倉內(nèi)部的壓力傳感器采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，從而簡化了外圍電路設(shè)計(jì)，提高了可靠性.芯片外圍電路主要包括晶振時(shí)鐘電路、射頻輸入/輸出匹配電路和單片機(jī)接口電路3部分.對(duì)于無線接收來說，從天線接收到的射頻信號(hào)首先經(jīng)過低噪聲放大器放大和正交下變頻到2 MHz的中頻信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過濾波、放大，再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào).然后經(jīng)自動(dòng)增益控制、數(shù)字解調(diào)和解擴(kuò)，最終恢復(fù)出傳輸?shù)恼_數(shù)據(jù).發(fā)射機(jī)部分采用直接上變頻.

2.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)Zigbee網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互，同時(shí)負(fù)責(zé)Zigbee網(wǎng)絡(luò)的組建、節(jié)點(diǎn)的加入和刪除等網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作.糧情監(jiān)控終端采集到的數(shù)據(jù)通過Zigbee無線傳感器模塊與協(xié)調(diào)器相連接，并通過協(xié)調(diào)器內(nèi)置的嵌入式處理器進(jìn)行處理以及協(xié)議的封裝，然后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò).根據(jù)此功能描述，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器應(yīng)包含3個(gè)部分：數(shù)據(jù)處理模塊、Zigbee無線通信模塊和GPRS通信模塊，硬件結(jié)構(gòu)見圖3.

圖3 協(xié)調(diào)器硬件結(jié)構(gòu)圖

由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理和數(shù)據(jù)的收發(fā)，需要大量的內(nèi)存和外存，并要求具有較高的數(shù)據(jù)吞吐率和處理能力，而微處理器又是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的核心，因此它的選擇將對(duì)整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生決定性的影響.在綜合考慮芯片的兼容性和市場來源以及以上幾個(gè)方面要求的基礎(chǔ)上，選用了TI公司推出的基于ARM7TDMI內(nèi)核的32位RISC嵌入式系列微處理器TMS470R1A288作為主控微處理器，采用電源供電.該芯片工作在66 MHz頻段，具有低功耗、高性能等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有非常豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開發(fā).

Zigbee通信模塊仍然采用CC2430芯片.GPRS傳輸模塊選擇的是西門子公司的MC39I，該模塊主要由射頻天線、內(nèi)部Flash、SRAM、GSM基帶處理器等組成.GSM基帶處理器是模塊的核心部件，其作用相當(dāng)于一個(gè)協(xié)議處理器，用來處理主控制器通過串口發(fā)送的AT指令；射頻天線部分主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，以及外部射頻信號(hào)與內(nèi)部基帶處理器之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換.由于傳輸數(shù)據(jù)的承載方式是GPRS網(wǎng)絡(luò)，故SIM卡是不可缺少的，其功能是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和在安全條件下完成客戶身份鑒權(quán)和客戶信息加密算法的全過程.

3 傳感器網(wǎng)絡(luò)管理軟件設(shè)計(jì)

傳感器網(wǎng)絡(luò)管理軟件主要分3個(gè)部分：Zigbee測量節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳送模塊、協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)接收和發(fā)送模塊以及服務(wù)器控制管理模塊.

3.1 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)（圖4）

Zigbee模塊在進(jìn)行通信前，要進(jìn)行有效的初始化.在初始化過程中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)出主動(dòng)請(qǐng)求連接傳感器節(jié)點(diǎn)的信令，在傳感器節(jié)點(diǎn)成功接收和驗(yàn)證一個(gè)數(shù)據(jù)幀和MAC命令幀后，向匯節(jié)點(diǎn)返回確認(rèn)幀，傳感器節(jié)點(diǎn)的Zigbee模塊處于休眠狀態(tài).對(duì)于定時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送模式，初始化結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器處于工作模式，等待傳感器節(jié)點(diǎn)的連接請(qǐng)求信令，當(dāng)定時(shí)時(shí)間已到，傳感器節(jié)點(diǎn)主動(dòng)請(qǐng)求連接網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，并向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器上報(bào)各壓力傳感器檢測到的糧情信息.同理，當(dāng)節(jié)點(diǎn)工作處于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)請(qǐng)求模式時(shí)，其流程與此類似，數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，每個(gè)傳感器的壓力值由2個(gè)字節(jié)構(gòu)成并按照先低后高順序排列，這樣可以滿足數(shù)據(jù)的測量范圍.把采集到的壓力值以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器.每個(gè)從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的具體幀格式見表1.

3.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

圖4 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)流程

表1 數(shù)據(jù)幀格式

協(xié)調(diào)器在完成Zigbee網(wǎng)絡(luò)連接以及加入管理之后，就接收來自各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后通過GPRS發(fā)送到遠(yuǎn)程控制中心.

通過GPRS完成數(shù)據(jù)發(fā)送分為兩步：撥號(hào)上網(wǎng)和基于Socket的網(wǎng)絡(luò)通信.撥號(hào)上網(wǎng)實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)PPP連接（Point to Point Protocol over Ethernet-基于以太網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議連接）.建立連接后，通過PPP協(xié)議協(xié)商，得到系統(tǒng)本地IP，當(dāng)PPP協(xié)商成功后，GPRS登錄網(wǎng)絡(luò)成功，系統(tǒng)通過加載數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（TCP、UDP）實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)的Socket連接.為了保證GPRS網(wǎng)絡(luò)的可靠性，設(shè)計(jì)中使用了一些報(bào)告指令實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊狀態(tài)的監(jiān)測，如AT指令響應(yīng)狀態(tài)查詢、PPP連接狀態(tài)查詢、TCP連接狀態(tài)查詢等.如果某次網(wǎng)絡(luò)連接失敗，GPRS模塊則斷開網(wǎng)絡(luò)連接，并延時(shí)一段時(shí)間后再嘗試第2次連接，若連接3次均未成功，GPRS模塊則斷電復(fù)位，重新進(jìn)行一次新任務(wù)，流程見圖5.

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的控制與狀態(tài)查詢，將控制命令轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)信令，通過Internet和GPRS網(wǎng)絡(luò)，透明傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器終端.信令格式采用見表2所示的代碼幀格式，其中數(shù)據(jù)段根據(jù)傳輸信息類型（命令包或數(shù)據(jù)包）的不同其構(gòu)成亦有所不同，其包格式分別見表3、表4.

表2 通信協(xié)議信令格式

表3 命令包數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)

表4 數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)

其中請(qǐng)求編號(hào)用來唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)命令請(qǐng)求，用于請(qǐng)求命令或通知命令，為方便起見，用發(fā)起命令請(qǐng)求的時(shí)間表示，其格式為：YYYYMMDDHHMMSS（共7個(gè)字節(jié)）.命令編號(hào)用來表示遠(yuǎn)程監(jiān)控終端請(qǐng)求協(xié)調(diào)器進(jìn)行何種操作的標(biāo)識(shí)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系見表5.設(shè)備編號(hào)用于標(biāo)識(shí)協(xié)調(diào)器的ID號(hào)，賦予一個(gè)唯一特定代碼含義，只有校驗(yàn)ID號(hào)正確后協(xié)調(diào)器才可能接收遠(yuǎn)程服務(wù)器的命令.對(duì)于命令包，標(biāo)志位表示數(shù)據(jù)是否需要應(yīng)答，其格式為：0000000A，若A=1，需要應(yīng)答；A=0，無需應(yīng)答.對(duì)于數(shù)據(jù)包，當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)較多時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行拆包發(fā)送，總包號(hào)表示本次通信總共包含的包數(shù)，包號(hào)表示當(dāng)前數(shù)據(jù)包的編號(hào).

表5 命令編碼與操作描述對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.3 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件架構(gòu)采用基于面向TCP/IP協(xié)議Socket通信機(jī)制的C/S結(jié)構(gòu)，采用C++語言編寫.主要功能是偵聽Socket請(qǐng)求并建立網(wǎng)絡(luò)連接，并將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到指定IP地址的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，用戶可以通過客戶端瀏覽器（Brower）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的瀏覽和下載、提取和更新等操作.數(shù)據(jù)庫服務(wù)器使用Microsoft SQL數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，并負(fù)責(zé)各個(gè)模塊與數(shù)據(jù)庫之間的交互，使數(shù)據(jù)庫對(duì)其他模塊透明.數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)經(jīng)過解析和處理后，通過系統(tǒng)管理服務(wù)器與用戶交互，從而使監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)主要功能：

圖5 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件流程

（1）數(shù)據(jù)采集功能：實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場各傳感器的壓力數(shù)據(jù)（圖6），并且隨時(shí)生成與打印數(shù)據(jù)報(bào)表，監(jiān)控人員可憑此掌握糧庫儲(chǔ)糧情況.

圖6 壓力傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

（2）查詢和統(tǒng)計(jì)分析功能：顯示各壓力傳感器的歷史數(shù)據(jù)，并可根據(jù)一定的算法計(jì)算出糧倉內(nèi)的儲(chǔ)糧數(shù)量，管理人員可以據(jù)此統(tǒng)計(jì)出糧庫的儲(chǔ)糧數(shù)量并進(jìn)行合理的調(diào)度.

（3）異常報(bào)警功能：實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場壓力數(shù)據(jù)的異常情況或報(bào)警，及時(shí)通知巡站人員現(xiàn)場解決，同時(shí)操作員可對(duì)出現(xiàn)的報(bào)警信息進(jìn)行確認(rèn)和管理，了解儲(chǔ)糧過程中出現(xiàn)的異常情況.

4 試驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證基于Zigbee和GPRS相結(jié)合的糧食數(shù)量測控系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性，選擇中央儲(chǔ)備糧聊城直屬庫23號(hào)倉作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，倉房規(guī)格為7.2 m×24 m，堆糧高度 6 m，倉容量 700 t，倉內(nèi)布有2組1機(jī)3道地上籠風(fēng)道，儲(chǔ)糧品種為小麥.首先將傳感器在糧倉底面按十字型等間隔排布，在側(cè)壁按1.5 m等間距排布，然后逐次進(jìn)糧，每次進(jìn)糧量50 t并攤平，由傳感器采集壓力值并通過Zigbee無線數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)將各模塊的數(shù)據(jù)上傳至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心（設(shè)于鄭州）.最后根據(jù)壓力值擬合糧倉糧食數(shù)量，擬合結(jié)果見圖7.對(duì)測量結(jié)果使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析.結(jié)果表明，該系統(tǒng)完全可以測量糧倉內(nèi)的糧食數(shù)量，在顯著水平為0.05下，糧食數(shù)量測量誤差不大于5%.

5 結(jié)論

圖7 糧食質(zhì)量擬合曲線

糧食數(shù)量的實(shí)時(shí)、在線、遠(yuǎn)程監(jiān)測與調(diào)配是我國糧食安全工作的重點(diǎn)，也是糧食儲(chǔ)藏環(huán)節(jié)中亟待解決的關(guān)鍵問題.作者將Zigbee短距離無線數(shù)據(jù)采集技術(shù)與GPRS遠(yuǎn)程無線傳輸技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在滿足實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，無需現(xiàn)場布線，成本較低，配置靈活.本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)糧庫糧食數(shù)量的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控奠定了理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，具有較好的研究價(jià)值和應(yīng)用前景.

［1］黃淑霞，蔡靜平，田海娟.主要糧食品種儲(chǔ)藏期間霉菌活動(dòng)特性研究［J］.中國糧油學(xué)報(bào)，2010，25（1） ：99-102.

［2］王磊，陳合.中國各區(qū)域糧食儲(chǔ)藏水分分布情況的研究［J］.食品科技，2010，35（8）：204-208.

［3］任秀麗，于海斌.ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性研究［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2007，28（12） ：2132-2137.

［4］凌志浩，周怡，鄭麗國.ZigBee無線通信技術(shù)及其應(yīng)用研究［J］.華東理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，32（7） ：801-805.

［5］孟開元，王琦瓏，曹慶年.Zigbee協(xié)議在抽油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，24（3） ：56-62.

［6］陳帥，鐘先信，劉積學(xué)，等.GPRS在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信中的應(yīng)用［J］.壓電與聲光，2009，31（2） ：210-212.

［7］劉岳峰，張德，孫華波，等.基于GPRS的組合式車載導(dǎo)航終端硬件設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)工程，2009，35（2） ：239-241.

DESIGN OFWIRELESSGRAIN QUANTITY MONITORING SYSTEM BASED ON ZIGBEE AND GPRS

FAN Chao,YANG Tie-jun,ZHANG De-xian,WANG Ke
（School of Information Science and Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China）

We arranged pressure sensors on the bottom and the sidewall of the barn to fit the real-time grain quantity in the barn through the pressure value.The paper proposed a design scheme of a remote grain situation data w ireless transm ission system w ith the combination of Zigbee short-distance w ireless communication technique and GPRS,completed the hardware platform design of data collection nodes and network coordination nodes in the sensor network,and developed a communication protocol and software suitable for the grain situation data real-time transm ission based on the platform.Tests showed that the system was feasible to measure the grain quantity in the barn,and themeasurement errorwas not less than 5%.

grain quantity； Zigbee； GPRS； w ireless transm ission

TS201；TP274+.2

B

CNKI:41-1378/N.20120208.0844.017

1673-2383（2012）01-0069-06

http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20120208.0844.017.html

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2012-2-8 08:44:47AM

2011-09-18

國家自然科學(xué)基金（61071197）

樊超（1976-），男，河南鄭州人，博士，副教授，研究方向嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與圖像處理.