摘要：設(shè)計(jì)了基于ZigBee技術(shù)的智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)，改變了目前糧倉(cāng)管理依靠經(jīng)驗(yàn)主義、人工防治的現(xiàn)狀，有效解決了高出錯(cuò)率、高成本的缺點(diǎn)。該系統(tǒng)將傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境參數(shù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換傳輸給后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和處理，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)閾值數(shù)據(jù)對(duì)比，自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信息和智能啟動(dòng)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備。結(jié)果表明，該系統(tǒng)人機(jī)交互方式較好，具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精確、成本低、能耗小等優(yōu)點(diǎn)，能讓糧倉(cāng)管理員的工作跨躍時(shí)空限制，具有推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：ZigBee；智能糧倉(cāng)；智能化監(jiān)控；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TP277.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2014）07-0420-04

收稿日期：2013-09-22

作者簡(jiǎn)介：劉國(guó)紅（1979—），男，江西鄱陽(yáng)人，碩士，副教授、高級(jí)工程師，主要從事無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、農(nóng)業(yè)信息化及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)等研究。E-mail：2318878980@qq.com。民以食為天，對(duì)于擁有13億人口的我國(guó)來(lái)說(shuō)，做好糧食儲(chǔ)藏工作對(duì)穩(wěn)定發(fā)展、保證民生具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)家對(duì)糧食儲(chǔ)藏工作曾提出“三低、三高”的要求，即低損耗、低污染、低成本和高質(zhì)量、高營(yíng)養(yǎng)、高效益。然而儲(chǔ)存環(huán)境和條件直接影響糧食儲(chǔ)存期限和食用價(jià)值。國(guó)家糧食局局長(zhǎng)任正曉接受媒體采訪時(shí)說(shuō)，我國(guó)糧食產(chǎn)后損失驚人，每年的糧食損失浪費(fèi)量約相當(dāng)于0.133億hm2耕地的產(chǎn)量，比第一產(chǎn)糧大省黑龍江省1年的產(chǎn)量還要多。其中最主要的損失就是糧食蟲害和霉變?cè)斐傻膿p失。因此，運(yùn)用ZigBee技術(shù)對(duì)糧倉(cāng)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)提高糧食儲(chǔ)藏質(zhì)量、減少糧食損失具有重要作用。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通、醫(yī)療、家居中應(yīng)用較多，也很成熟[1]，但ZigBee技術(shù)在智能糧倉(cāng)監(jiān)控中應(yīng)用的研究較少，許多設(shè)計(jì)與研究不能很好地與糧食倉(cāng)儲(chǔ)結(jié)合起來(lái)。本研究設(shè)計(jì)的基于ZigBee技術(shù)的智能糧倉(cāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)相關(guān)的傳感器收集糧倉(cāng)不同位置的溫度、濕度、微振等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)糧食儲(chǔ)藏環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能調(diào)節(jié)，提高管理效率，減少人為誤差，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，為實(shí)施糧倉(cāng)日常智能化監(jiān)控提供了科學(xué)依據(jù)。

1基于ZigBee技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介

ZigBee是一種雙向無(wú)線通訊技術(shù)，可工作在2.4 GHz、868 MHz和915 MHz 3個(gè)頻段上，分別具有最高250、20、40 kbit/s 的傳輸速率，傳輸距離在10～75 m之間；主要特點(diǎn)有距離短、速率低、成本低、容量大、延時(shí)短、功耗小等；常用于周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)的傳輸及應(yīng)用。ZigBee是一種高安全、高可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，方便在各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[1-3]。

1.2物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，是智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的拓展，其架構(gòu)可分為3層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層[4]。 感知層由各種傳感器構(gòu)成，如溫濕度傳感器、二維碼標(biāo)簽、攝像頭、紅外線、GPS等感知終端，是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的來(lái)源。網(wǎng)絡(luò)層是互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成的數(shù)據(jù)傳輸部分，是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的中樞，負(fù)責(zé)傳輸和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶之間的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化人機(jī)交互。

綜上所述，基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)為首選技術(shù)，兩者有機(jī)結(jié)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值，可為本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、適用的解決方案。

2基于ZigBee技術(shù)的智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體框架

智能化糧倉(cāng)是糧食儲(chǔ)藏的先進(jìn)手段和方法，其應(yīng)用良好具有很強(qiáng)的社會(huì)意義，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)要求具有使用安全、控制可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。筆者經(jīng)過(guò)走訪省內(nèi)多家糧庫(kù)，在充分了解糧食儲(chǔ)藏要求的基礎(chǔ)上，對(duì)溫濕度、防蟲等關(guān)鍵要素進(jìn)行梳理，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，堅(jiān)持科學(xué)、方便、經(jīng)濟(jì)、易用的設(shè)計(jì)原則，把基于ZigBee技術(shù)的智能糧倉(cāng)監(jiān)控細(xì)分為4個(gè)子系統(tǒng)，分別為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)。

基于ZigBee的無(wú)線傳感技術(shù)為智能糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集提供了很好的途徑，可避免管理員進(jìn)糧倉(cāng)憑經(jīng)驗(yàn)而引發(fā)的誤判。系統(tǒng)通過(guò)分布在糧倉(cāng)不同位置的各種傳感器，把采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee節(jié)點(diǎn)匯集到中心節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)智能網(wǎng)關(guān)連接到3G通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與控制主機(jī)之間實(shí)時(shí)、安全、高效地通信；主機(jī)對(duì)采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理和科學(xué)分析，提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)狀態(tài)、歷史報(bào)表等信息供管理員參考；系統(tǒng)把監(jiān)測(cè)到的環(huán)境數(shù)據(jù)與管理員設(shè)置的閥值進(jìn)行比較，如果采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)不在閥值范圍之內(nèi)，則分析糧倉(cāng)環(huán)境變化，自動(dòng)啟動(dòng)預(yù)警裝置，在繼電器控制下，通風(fēng)降溫等環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行，直到新采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)為止，從而防止糧食發(fā)熱、霉變、蟲害等情況發(fā)生[5]。本系統(tǒng)允許管理員足不出戶，遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)管理智能化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.2無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)的前導(dǎo)，是信息采集核心部位，為糧倉(cāng)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和設(shè)備控制提供第一手資料。在糧食儲(chǔ)藏過(guò)程中，糧倉(cāng)內(nèi)的溫度、濕度、氣體成分等都會(huì)對(duì)糧食品質(zhì)產(chǎn)生重要影響。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過(guò)在糧倉(cāng)內(nèi)不同位置設(shè)置傳感器節(jié)點(diǎn)，對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)部溫度、濕度、微振及視頻等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)ZigBee技術(shù)傳送到中心節(jié)點(diǎn)，再經(jīng)網(wǎng)關(guān)和3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器。這種部署具有靈活性強(qiáng)、擴(kuò)展方便、能耗少等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)主要分為供電模塊、傳感器模塊、無(wú)線通信模塊和A/D模塊4個(gè)部分（圖2）[5]。供電模塊為傳感器供電，一般用5 V鋰電池，可維持60～180 d；A/D模塊把傳感器采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，便于在網(wǎng)絡(luò)上快捷、安全地傳輸。整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作過(guò)程如下：首先初始化，協(xié)調(diào)器參與并建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后，再通過(guò)路由器（FFD）和終端設(shè)備（RFD）發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，最后建立起連接并開(kāi)始數(shù)據(jù)采集和發(fā)送。ZigBee節(jié)點(diǎn)采用間歇式工作模式，以達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的，有任務(wù)時(shí)則采集傳感器數(shù)據(jù)和接受來(lái)自協(xié)調(diào)器的控制數(shù)據(jù)，沒(méi)有任務(wù)時(shí)則進(jìn)入休眠狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)功耗降到最低。endprint

主要傳感器工作過(guò)程如下。

2.2.1溫度檢測(cè)智能糧倉(cāng)溫度檢測(cè)采用AD590傳感器，該傳感器的輸出電流會(huì)隨著溫度的變化而變化。工作原理：AD590傳感器通過(guò)與10 kΩ電阻連接，把電流轉(zhuǎn)化為電壓值，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到主機(jī)進(jìn)行分析處理。AD590溫度傳感器設(shè)計(jì)科學(xué)，應(yīng)用成熟，具有傳輸距離遠(yuǎn)、線性度好、精度高等特點(diǎn)，其測(cè)量范圍可達(dá)-50～150 ℃之間。

2.2.2濕度檢測(cè)智能糧倉(cāng)濕度檢測(cè)采用HIH-5030/5031系列傳感器，該傳感器是相對(duì)濕度值的線性電壓輸出，熱固塑料外殼、激光調(diào)整互換，設(shè)計(jì)上具有低功率、高精度、響應(yīng)快、穩(wěn)定好、漂移小、抗化學(xué)性等特點(diǎn)。工作原理：當(dāng)傳感器所在位置濕度發(fā)生變化時(shí)，振蕩電路提供正弦波信號(hào)，通過(guò)電壓跟隨器處理后輸出電壓值，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)無(wú)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)傳送到主機(jī)進(jìn)行分析處理。

2.2.3聲音（微振）檢測(cè)聲音（微振）檢測(cè)采用HX-SLM3蟲害聲音傳感器，利用糧食生蟲后，蟲子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生聲音的特點(diǎn)，采集糧倉(cāng)蟲害數(shù)據(jù)。該傳感器內(nèi)置1個(gè)對(duì)聲音敏感的電容式駐極體話筒，聲波使話筒內(nèi)的駐極體薄膜振動(dòng)，導(dǎo)致電容變化，從而產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)變化的微小電壓，這一電壓隨后被放大成0～5 V，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送給主機(jī)進(jìn)行分析處理。工作原理：傳感器采集到聲音信號(hào)，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)降噪技術(shù)除去信號(hào)中的噪音，進(jìn)行幅度歸一化，從抽樣數(shù)據(jù)中利用靜音分離出獨(dú)立的樣本。為保證取樣數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確地反映蟲子運(yùn)動(dòng)，用自適應(yīng)抵消器抵消環(huán)境噪聲，即把一個(gè)聲音傳感器放在谷堆里，一個(gè)傳感器放在谷堆外，谷堆里的傳感器提供環(huán)境和蟲子雙重原始聲音輸入，外面的傳感器只提供環(huán)境聲音（即噪聲）輸入，兩者疊加，最終環(huán)境噪聲被自適應(yīng)地過(guò)濾掉，留下了蟲子的聲音。

2.2.4視頻監(jiān)控視頻監(jiān)控模塊前端采用市場(chǎng)上成熟的高精度網(wǎng)絡(luò)攝像頭，帶紅外功能，360 ℃自控制旋轉(zhuǎn)，可手動(dòng)變焦，采用最新節(jié)能電路，低功耗，發(fā)熱小，具有較長(zhǎng)的使用壽命。采集到的圖像經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)流媒體服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。用戶可以通過(guò)3G手機(jī)或電腦，隨時(shí)隨地查看倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部的實(shí)時(shí)圖像，對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.3數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理處于系統(tǒng)后臺(tái)，是整個(gè)智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，也是指揮環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行的中樞，其數(shù)據(jù)處理流程決定了智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)管理軟件采用 VC++ 開(kāi)發(fā)，分為前臺(tái)用戶界面和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)組成。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)工作流程如圖3所示。首先采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，系統(tǒng)接收傳感網(wǎng)絡(luò)采集到的糧倉(cāng)環(huán)境數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)A/D處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳到服務(wù)器并寫入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、比較和挖掘，與管理員預(yù)先設(shè)置的閥值進(jìn)行比對(duì)，如不在正常范圍之內(nèi)，管理員會(huì)收到系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送的預(yù)警信息，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)，直到新采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)為止；如傳感器采集到的糧倉(cāng)環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中溫度高于20 ℃或空氣濕度大于70%，系統(tǒng)會(huì)向管理者手機(jī)發(fā)出預(yù)警短信，并智能開(kāi)啟鼓風(fēng)機(jī)、空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)，直到糧倉(cāng)環(huán)境達(dá)到正常值才停止設(shè)備運(yùn)行。倉(cāng)庫(kù)管理員可以通過(guò)控制終端查詢?nèi)我粋鞲泄?jié)點(diǎn)狀態(tài)、實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

整個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)本著確保實(shí)用、節(jié)省能耗的原則，采用定時(shí)采集數(shù)據(jù)的工作模式，即在傳感器節(jié)點(diǎn)上設(shè)置斷點(diǎn)，間歇性啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集和發(fā)送任務(wù)，每完成1次采集和發(fā)送后，進(jìn)入一段休眠狀態(tài)，休眠時(shí)間間隔可以由管理員自行設(shè)置，時(shí)間到了再喚醒，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是5 min采集和發(fā)送1次數(shù)據(jù)。

2.4智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)由環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備和繼電器控制電路組成。該系統(tǒng)中環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備主要分2個(gè)部分：一是糧倉(cāng)溫濕度的調(diào)節(jié)。由系統(tǒng)通過(guò)啟動(dòng)空調(diào)與鼓風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)糧倉(cāng)溫濕度不在正常的閥值范圍之內(nèi)時(shí)，則啟動(dòng)進(jìn)出口鼓風(fēng)機(jī)，通過(guò)風(fēng)機(jī)及糧倉(cāng)內(nèi)的通風(fēng)管道使冷卻后的空氣吹過(guò)糧堆形成對(duì)流[6]；如果風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后仍不讓環(huán)境數(shù)據(jù)達(dá)到正常范圍，則要開(kāi)啟空調(diào)進(jìn)行降溫與排濕；如果糧倉(cāng)空氣太干燥，還可以配加濕器進(jìn)行調(diào)節(jié)。二是糧倉(cāng)蟲害的監(jiān)控。糧食生蟲后，其爬動(dòng)會(huì)產(chǎn)生聲音，如果采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)中有微振，則開(kāi)啟攪拌設(shè)備和噴藥設(shè)備，以達(dá)到及時(shí)殺蟲的目的，避免蟲害進(jìn)一步擴(kuò)大。

繼電器控制就是控制環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行或停止。工作原理：當(dāng)檢測(cè)到環(huán)境數(shù)據(jù)不在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)，則輸出低電平信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器加到光電隔離器TLP521-4的輸入端引腳，當(dāng)光耦加載的電壓超過(guò)3 V時(shí)就會(huì)產(chǎn)生光信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)三極管放大，控制繼電器打開(kāi)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備開(kāi)始工作；當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)輸出在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)，則發(fā)出高電平信號(hào)，控制環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備停止工作[6]。繼電器控制電路圖見(jiàn)圖4。

2.5用戶交互系統(tǒng)

用戶交互系統(tǒng)直接面向用戶，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，因此在界面設(shè)計(jì)上要集方便、美觀為一體，簡(jiǎn)單易學(xué)，便于操作。本系統(tǒng)主界面上設(shè)有：環(huán)境閥值設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)分析、報(bào)表打印、設(shè)備控制、視頻調(diào)用、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示等。糧倉(cāng)管理員可以通過(guò)PC、PAD或智能手機(jī)隨時(shí)隨地訪問(wèn)系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，為糧倉(cāng)科學(xué)化管理提供決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)足不出戶地遠(yuǎn)程管理。

3運(yùn)行測(cè)試

3.1測(cè)試準(zhǔn)備工作

在糧倉(cāng)內(nèi)放置溫度傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)、濕度傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)各1個(gè)、聲音傳感節(jié)點(diǎn)1組、裝好應(yīng)用軟件的控制主機(jī)1臺(tái)；ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)與3G網(wǎng)絡(luò)相連，控制終端與服務(wù)器連接正常，各種環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備準(zhǔn)備就緒。一般情況，糧食最佳保存環(huán)境為溫度低于20 ℃，空氣濕度小于70%。

3.2測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)開(kāi)始前，將溫度傳感器、濕度傳感器分別放置在糧倉(cāng)2個(gè)角落，離地面距離為糧倉(cāng)凈高一半；聲音傳感器1個(gè)放在谷堆里，1個(gè)放在谷堆外；接收設(shè)備放置在控制室實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，距離傳感器發(fā)送模塊30 m左右，ZigBee中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)關(guān)與3G網(wǎng)絡(luò)相連[7]。試驗(yàn)開(kāi)始后，管理員通過(guò)軟件能夠直觀地看到糧倉(cāng)內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過(guò)調(diào)節(jié)閥值，啟動(dòng)相關(guān)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備，基本實(shí)現(xiàn)了糧倉(cāng)智能化的遠(yuǎn)程監(jiān)控。在3 h的試驗(yàn)過(guò)程中，各試驗(yàn)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)每5min采集1組數(shù)據(jù)并發(fā)送，各節(jié)點(diǎn)共采集發(fā)送36條記錄，在遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)上接收到34條記錄，傳輸準(zhǔn)確率達(dá)94.44%，完全滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。運(yùn)行畫面截圖如圖5、圖6所示。

4總結(jié)

本監(jiān)控系統(tǒng)基于ZigBee技術(shù)，設(shè)計(jì)了糧倉(cāng)智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和管理軟件；完成了對(duì)糧倉(cāng)溫度、濕度、蟲害等相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析和處理，有效解決了目前糧倉(cāng)管理因經(jīng)驗(yàn)主義、人工防治等而引發(fā)的高出錯(cuò)率、高成本的缺點(diǎn)；運(yùn)用3G無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立了糧倉(cāng)管理的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，為糧倉(cāng)管理員提供隨時(shí)、隨地，跨躍時(shí)空的工作模式。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸可靠，環(huán)境數(shù)據(jù)精確，運(yùn)行成本降低，具有推廣的意義和價(jià)值。下一步將增加傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大ZigBee網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，以實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)更多環(huán)境數(shù)據(jù)的精確采集[8]，并把該設(shè)計(jì)進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李鑫，戴梅，佟天野. 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)增氧控制系統(tǒng)研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（6）：382-385.

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[7]吳春蕾. 糧庫(kù)溫濕度智能檢測(cè)系統(tǒng)的研究[D]. 天津：河北工業(yè)大學(xué)，2006.

[8]楊柳，毛志懷，蔣志杰，等. 基于無(wú)線傳輸?shù)募Z倉(cāng)溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（4）：155-159.endprint

主要傳感器工作過(guò)程如下。

2.2.1溫度檢測(cè)智能糧倉(cāng)溫度檢測(cè)采用AD590傳感器，該傳感器的輸出電流會(huì)隨著溫度的變化而變化。工作原理：AD590傳感器通過(guò)與10 kΩ電阻連接，把電流轉(zhuǎn)化為電壓值，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到主機(jī)進(jìn)行分析處理。AD590溫度傳感器設(shè)計(jì)科學(xué)，應(yīng)用成熟，具有傳輸距離遠(yuǎn)、線性度好、精度高等特點(diǎn)，其測(cè)量范圍可達(dá)-50～150 ℃之間。

2.2.2濕度檢測(cè)智能糧倉(cāng)濕度檢測(cè)采用HIH-5030/5031系列傳感器，該傳感器是相對(duì)濕度值的線性電壓輸出，熱固塑料外殼、激光調(diào)整互換，設(shè)計(jì)上具有低功率、高精度、響應(yīng)快、穩(wěn)定好、漂移小、抗化學(xué)性等特點(diǎn)。工作原理：當(dāng)傳感器所在位置濕度發(fā)生變化時(shí)，振蕩電路提供正弦波信號(hào)，通過(guò)電壓跟隨器處理后輸出電壓值，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)無(wú)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)傳送到主機(jī)進(jìn)行分析處理。

2.2.3聲音（微振）檢測(cè)聲音（微振）檢測(cè)采用HX-SLM3蟲害聲音傳感器，利用糧食生蟲后，蟲子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生聲音的特點(diǎn)，采集糧倉(cāng)蟲害數(shù)據(jù)。該傳感器內(nèi)置1個(gè)對(duì)聲音敏感的電容式駐極體話筒，聲波使話筒內(nèi)的駐極體薄膜振動(dòng)，導(dǎo)致電容變化，從而產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)變化的微小電壓，這一電壓隨后被放大成0～5 V，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送給主機(jī)進(jìn)行分析處理。工作原理：傳感器采集到聲音信號(hào)，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)降噪技術(shù)除去信號(hào)中的噪音，進(jìn)行幅度歸一化，從抽樣數(shù)據(jù)中利用靜音分離出獨(dú)立的樣本。為保證取樣數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確地反映蟲子運(yùn)動(dòng)，用自適應(yīng)抵消器抵消環(huán)境噪聲，即把一個(gè)聲音傳感器放在谷堆里，一個(gè)傳感器放在谷堆外，谷堆里的傳感器提供環(huán)境和蟲子雙重原始聲音輸入，外面的傳感器只提供環(huán)境聲音（即噪聲）輸入，兩者疊加，最終環(huán)境噪聲被自適應(yīng)地過(guò)濾掉，留下了蟲子的聲音。

2.2.4視頻監(jiān)控視頻監(jiān)控模塊前端采用市場(chǎng)上成熟的高精度網(wǎng)絡(luò)攝像頭，帶紅外功能，360 ℃自控制旋轉(zhuǎn)，可手動(dòng)變焦，采用最新節(jié)能電路，低功耗，發(fā)熱小，具有較長(zhǎng)的使用壽命。采集到的圖像經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)流媒體服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。用戶可以通過(guò)3G手機(jī)或電腦，隨時(shí)隨地查看倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部的實(shí)時(shí)圖像，對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.3數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理處于系統(tǒng)后臺(tái)，是整個(gè)智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，也是指揮環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行的中樞，其數(shù)據(jù)處理流程決定了智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)管理軟件采用 VC++ 開(kāi)發(fā)，分為前臺(tái)用戶界面和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)組成。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)工作流程如圖3所示。首先采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，系統(tǒng)接收傳感網(wǎng)絡(luò)采集到的糧倉(cāng)環(huán)境數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)A/D處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳到服務(wù)器并寫入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、比較和挖掘，與管理員預(yù)先設(shè)置的閥值進(jìn)行比對(duì)，如不在正常范圍之內(nèi)，管理員會(huì)收到系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送的預(yù)警信息，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)，直到新采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)為止；如傳感器采集到的糧倉(cāng)環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中溫度高于20 ℃或空氣濕度大于70%，系統(tǒng)會(huì)向管理者手機(jī)發(fā)出預(yù)警短信，并智能開(kāi)啟鼓風(fēng)機(jī)、空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)，直到糧倉(cāng)環(huán)境達(dá)到正常值才停止設(shè)備運(yùn)行。倉(cāng)庫(kù)管理員可以通過(guò)控制終端查詢?nèi)我粋鞲泄?jié)點(diǎn)狀態(tài)、實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

整個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)本著確保實(shí)用、節(jié)省能耗的原則，采用定時(shí)采集數(shù)據(jù)的工作模式，即在傳感器節(jié)點(diǎn)上設(shè)置斷點(diǎn)，間歇性啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集和發(fā)送任務(wù)，每完成1次采集和發(fā)送后，進(jìn)入一段休眠狀態(tài)，休眠時(shí)間間隔可以由管理員自行設(shè)置，時(shí)間到了再喚醒，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是5 min采集和發(fā)送1次數(shù)據(jù)。

2.4智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)由環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備和繼電器控制電路組成。該系統(tǒng)中環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備主要分2個(gè)部分：一是糧倉(cāng)溫濕度的調(diào)節(jié)。由系統(tǒng)通過(guò)啟動(dòng)空調(diào)與鼓風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)糧倉(cāng)溫濕度不在正常的閥值范圍之內(nèi)時(shí)，則啟動(dòng)進(jìn)出口鼓風(fēng)機(jī)，通過(guò)風(fēng)機(jī)及糧倉(cāng)內(nèi)的通風(fēng)管道使冷卻后的空氣吹過(guò)糧堆形成對(duì)流[6]；如果風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后仍不讓環(huán)境數(shù)據(jù)達(dá)到正常范圍，則要開(kāi)啟空調(diào)進(jìn)行降溫與排濕；如果糧倉(cāng)空氣太干燥，還可以配加濕器進(jìn)行調(diào)節(jié)。二是糧倉(cāng)蟲害的監(jiān)控。糧食生蟲后，其爬動(dòng)會(huì)產(chǎn)生聲音，如果采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)中有微振，則開(kāi)啟攪拌設(shè)備和噴藥設(shè)備，以達(dá)到及時(shí)殺蟲的目的，避免蟲害進(jìn)一步擴(kuò)大。

繼電器控制就是控制環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行或停止。工作原理：當(dāng)檢測(cè)到環(huán)境數(shù)據(jù)不在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)，則輸出低電平信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器加到光電隔離器TLP521-4的輸入端引腳，當(dāng)光耦加載的電壓超過(guò)3 V時(shí)就會(huì)產(chǎn)生光信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)三極管放大，控制繼電器打開(kāi)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備開(kāi)始工作；當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)輸出在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)，則發(fā)出高電平信號(hào)，控制環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備停止工作[6]。繼電器控制電路圖見(jiàn)圖4。

2.5用戶交互系統(tǒng)

用戶交互系統(tǒng)直接面向用戶，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，因此在界面設(shè)計(jì)上要集方便、美觀為一體，簡(jiǎn)單易學(xué)，便于操作。本系統(tǒng)主界面上設(shè)有：環(huán)境閥值設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)分析、報(bào)表打印、設(shè)備控制、視頻調(diào)用、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示等。糧倉(cāng)管理員可以通過(guò)PC、PAD或智能手機(jī)隨時(shí)隨地訪問(wèn)系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，為糧倉(cāng)科學(xué)化管理提供決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)足不出戶地遠(yuǎn)程管理。

3運(yùn)行測(cè)試

3.1測(cè)試準(zhǔn)備工作

在糧倉(cāng)內(nèi)放置溫度傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)、濕度傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)各1個(gè)、聲音傳感節(jié)點(diǎn)1組、裝好應(yīng)用軟件的控制主機(jī)1臺(tái)；ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)與3G網(wǎng)絡(luò)相連，控制終端與服務(wù)器連接正常，各種環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備準(zhǔn)備就緒。一般情況，糧食最佳保存環(huán)境為溫度低于20 ℃，空氣濕度小于70%。

3.2測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)開(kāi)始前，將溫度傳感器、濕度傳感器分別放置在糧倉(cāng)2個(gè)角落，離地面距離為糧倉(cāng)凈高一半；聲音傳感器1個(gè)放在谷堆里，1個(gè)放在谷堆外；接收設(shè)備放置在控制室實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，距離傳感器發(fā)送模塊30 m左右，ZigBee中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)關(guān)與3G網(wǎng)絡(luò)相連[7]。試驗(yàn)開(kāi)始后，管理員通過(guò)軟件能夠直觀地看到糧倉(cāng)內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過(guò)調(diào)節(jié)閥值，啟動(dòng)相關(guān)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備，基本實(shí)現(xiàn)了糧倉(cāng)智能化的遠(yuǎn)程監(jiān)控。在3 h的試驗(yàn)過(guò)程中，各試驗(yàn)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)每5min采集1組數(shù)據(jù)并發(fā)送，各節(jié)點(diǎn)共采集發(fā)送36條記錄，在遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)上接收到34條記錄，傳輸準(zhǔn)確率達(dá)94.44%，完全滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。運(yùn)行畫面截圖如圖5、圖6所示。

4總結(jié)

本監(jiān)控系統(tǒng)基于ZigBee技術(shù)，設(shè)計(jì)了糧倉(cāng)智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和管理軟件；完成了對(duì)糧倉(cāng)溫度、濕度、蟲害等相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析和處理，有效解決了目前糧倉(cāng)管理因經(jīng)驗(yàn)主義、人工防治等而引發(fā)的高出錯(cuò)率、高成本的缺點(diǎn)；運(yùn)用3G無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立了糧倉(cāng)管理的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，為糧倉(cāng)管理員提供隨時(shí)、隨地，跨躍時(shí)空的工作模式。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸可靠，環(huán)境數(shù)據(jù)精確，運(yùn)行成本降低，具有推廣的意義和價(jià)值。下一步將增加傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大ZigBee網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，以實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)更多環(huán)境數(shù)據(jù)的精確采集[8]，并把該設(shè)計(jì)進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。

參考文獻(xiàn)：

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[7]吳春蕾. 糧庫(kù)溫濕度智能檢測(cè)系統(tǒng)的研究[D]. 天津：河北工業(yè)大學(xué)，2006.

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主要傳感器工作過(guò)程如下。

2.2.1溫度檢測(cè)智能糧倉(cāng)溫度檢測(cè)采用AD590傳感器，該傳感器的輸出電流會(huì)隨著溫度的變化而變化。工作原理：AD590傳感器通過(guò)與10 kΩ電阻連接，把電流轉(zhuǎn)化為電壓值，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到主機(jī)進(jìn)行分析處理。AD590溫度傳感器設(shè)計(jì)科學(xué)，應(yīng)用成熟，具有傳輸距離遠(yuǎn)、線性度好、精度高等特點(diǎn)，其測(cè)量范圍可達(dá)-50～150 ℃之間。

2.2.2濕度檢測(cè)智能糧倉(cāng)濕度檢測(cè)采用HIH-5030/5031系列傳感器，該傳感器是相對(duì)濕度值的線性電壓輸出，熱固塑料外殼、激光調(diào)整互換，設(shè)計(jì)上具有低功率、高精度、響應(yīng)快、穩(wěn)定好、漂移小、抗化學(xué)性等特點(diǎn)。工作原理：當(dāng)傳感器所在位置濕度發(fā)生變化時(shí)，振蕩電路提供正弦波信號(hào)，通過(guò)電壓跟隨器處理后輸出電壓值，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)無(wú)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)傳送到主機(jī)進(jìn)行分析處理。

2.2.3聲音（微振）檢測(cè)聲音（微振）檢測(cè)采用HX-SLM3蟲害聲音傳感器，利用糧食生蟲后，蟲子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生聲音的特點(diǎn)，采集糧倉(cāng)蟲害數(shù)據(jù)。該傳感器內(nèi)置1個(gè)對(duì)聲音敏感的電容式駐極體話筒，聲波使話筒內(nèi)的駐極體薄膜振動(dòng)，導(dǎo)致電容變化，從而產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)變化的微小電壓，這一電壓隨后被放大成0～5 V，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送給主機(jī)進(jìn)行分析處理。工作原理：傳感器采集到聲音信號(hào)，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)降噪技術(shù)除去信號(hào)中的噪音，進(jìn)行幅度歸一化，從抽樣數(shù)據(jù)中利用靜音分離出獨(dú)立的樣本。為保證取樣數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確地反映蟲子運(yùn)動(dòng)，用自適應(yīng)抵消器抵消環(huán)境噪聲，即把一個(gè)聲音傳感器放在谷堆里，一個(gè)傳感器放在谷堆外，谷堆里的傳感器提供環(huán)境和蟲子雙重原始聲音輸入，外面的傳感器只提供環(huán)境聲音（即噪聲）輸入，兩者疊加，最終環(huán)境噪聲被自適應(yīng)地過(guò)濾掉，留下了蟲子的聲音。

2.2.4視頻監(jiān)控視頻監(jiān)控模塊前端采用市場(chǎng)上成熟的高精度網(wǎng)絡(luò)攝像頭，帶紅外功能，360 ℃自控制旋轉(zhuǎn)，可手動(dòng)變焦，采用最新節(jié)能電路，低功耗，發(fā)熱小，具有較長(zhǎng)的使用壽命。采集到的圖像經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)流媒體服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。用戶可以通過(guò)3G手機(jī)或電腦，隨時(shí)隨地查看倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部的實(shí)時(shí)圖像，對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.3數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理處于系統(tǒng)后臺(tái)，是整個(gè)智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，也是指揮環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行的中樞，其數(shù)據(jù)處理流程決定了智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)管理軟件采用 VC++ 開(kāi)發(fā)，分為前臺(tái)用戶界面和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)組成。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)工作流程如圖3所示。首先采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，系統(tǒng)接收傳感網(wǎng)絡(luò)采集到的糧倉(cāng)環(huán)境數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)A/D處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳到服務(wù)器并寫入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、比較和挖掘，與管理員預(yù)先設(shè)置的閥值進(jìn)行比對(duì)，如不在正常范圍之內(nèi)，管理員會(huì)收到系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送的預(yù)警信息，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)，直到新采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)為止；如傳感器采集到的糧倉(cāng)環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中溫度高于20 ℃或空氣濕度大于70%，系統(tǒng)會(huì)向管理者手機(jī)發(fā)出預(yù)警短信，并智能開(kāi)啟鼓風(fēng)機(jī)、空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)，直到糧倉(cāng)環(huán)境達(dá)到正常值才停止設(shè)備運(yùn)行。倉(cāng)庫(kù)管理員可以通過(guò)控制終端查詢?nèi)我粋鞲泄?jié)點(diǎn)狀態(tài)、實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

整個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)本著確保實(shí)用、節(jié)省能耗的原則，采用定時(shí)采集數(shù)據(jù)的工作模式，即在傳感器節(jié)點(diǎn)上設(shè)置斷點(diǎn)，間歇性啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集和發(fā)送任務(wù)，每完成1次采集和發(fā)送后，進(jìn)入一段休眠狀態(tài)，休眠時(shí)間間隔可以由管理員自行設(shè)置，時(shí)間到了再喚醒，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是5 min采集和發(fā)送1次數(shù)據(jù)。

2.4智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)由環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備和繼電器控制電路組成。該系統(tǒng)中環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備主要分2個(gè)部分：一是糧倉(cāng)溫濕度的調(diào)節(jié)。由系統(tǒng)通過(guò)啟動(dòng)空調(diào)與鼓風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)糧倉(cāng)溫濕度不在正常的閥值范圍之內(nèi)時(shí)，則啟動(dòng)進(jìn)出口鼓風(fēng)機(jī)，通過(guò)風(fēng)機(jī)及糧倉(cāng)內(nèi)的通風(fēng)管道使冷卻后的空氣吹過(guò)糧堆形成對(duì)流[6]；如果風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后仍不讓環(huán)境數(shù)據(jù)達(dá)到正常范圍，則要開(kāi)啟空調(diào)進(jìn)行降溫與排濕；如果糧倉(cāng)空氣太干燥，還可以配加濕器進(jìn)行調(diào)節(jié)。二是糧倉(cāng)蟲害的監(jiān)控。糧食生蟲后，其爬動(dòng)會(huì)產(chǎn)生聲音，如果采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)中有微振，則開(kāi)啟攪拌設(shè)備和噴藥設(shè)備，以達(dá)到及時(shí)殺蟲的目的，避免蟲害進(jìn)一步擴(kuò)大。

繼電器控制就是控制環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行或停止。工作原理：當(dāng)檢測(cè)到環(huán)境數(shù)據(jù)不在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)，則輸出低電平信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器加到光電隔離器TLP521-4的輸入端引腳，當(dāng)光耦加載的電壓超過(guò)3 V時(shí)就會(huì)產(chǎn)生光信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)三極管放大，控制繼電器打開(kāi)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備開(kāi)始工作；當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)輸出在預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)，則發(fā)出高電平信號(hào)，控制環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備停止工作[6]。繼電器控制電路圖見(jiàn)圖4。

2.5用戶交互系統(tǒng)

用戶交互系統(tǒng)直接面向用戶，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，因此在界面設(shè)計(jì)上要集方便、美觀為一體，簡(jiǎn)單易學(xué)，便于操作。本系統(tǒng)主界面上設(shè)有：環(huán)境閥值設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)分析、報(bào)表打印、設(shè)備控制、視頻調(diào)用、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示等。糧倉(cāng)管理員可以通過(guò)PC、PAD或智能手機(jī)隨時(shí)隨地訪問(wèn)系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，為糧倉(cāng)科學(xué)化管理提供決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)足不出戶地遠(yuǎn)程管理。

3運(yùn)行測(cè)試

3.1測(cè)試準(zhǔn)備工作

在糧倉(cāng)內(nèi)放置溫度傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)、濕度傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)各1個(gè)、聲音傳感節(jié)點(diǎn)1組、裝好應(yīng)用軟件的控制主機(jī)1臺(tái)；ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)與3G網(wǎng)絡(luò)相連，控制終端與服務(wù)器連接正常，各種環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備準(zhǔn)備就緒。一般情況，糧食最佳保存環(huán)境為溫度低于20 ℃，空氣濕度小于70%。

3.2測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)開(kāi)始前，將溫度傳感器、濕度傳感器分別放置在糧倉(cāng)2個(gè)角落，離地面距離為糧倉(cāng)凈高一半；聲音傳感器1個(gè)放在谷堆里，1個(gè)放在谷堆外；接收設(shè)備放置在控制室實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，距離傳感器發(fā)送模塊30 m左右，ZigBee中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)關(guān)與3G網(wǎng)絡(luò)相連[7]。試驗(yàn)開(kāi)始后，管理員通過(guò)軟件能夠直觀地看到糧倉(cāng)內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過(guò)調(diào)節(jié)閥值，啟動(dòng)相關(guān)環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備，基本實(shí)現(xiàn)了糧倉(cāng)智能化的遠(yuǎn)程監(jiān)控。在3 h的試驗(yàn)過(guò)程中，各試驗(yàn)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)每5min采集1組數(shù)據(jù)并發(fā)送，各節(jié)點(diǎn)共采集發(fā)送36條記錄，在遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)上接收到34條記錄，傳輸準(zhǔn)確率達(dá)94.44%，完全滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。運(yùn)行畫面截圖如圖5、圖6所示。

4總結(jié)

本監(jiān)控系統(tǒng)基于ZigBee技術(shù)，設(shè)計(jì)了糧倉(cāng)智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和管理軟件；完成了對(duì)糧倉(cāng)溫度、濕度、蟲害等相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析和處理，有效解決了目前糧倉(cāng)管理因經(jīng)驗(yàn)主義、人工防治等而引發(fā)的高出錯(cuò)率、高成本的缺點(diǎn)；運(yùn)用3G無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立了糧倉(cāng)管理的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，為糧倉(cāng)管理員提供隨時(shí)、隨地，跨躍時(shí)空的工作模式。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸可靠，環(huán)境數(shù)據(jù)精確，運(yùn)行成本降低，具有推廣的意義和價(jià)值。下一步將增加傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大ZigBee網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，以實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)更多環(huán)境數(shù)據(jù)的精確采集[8]，并把該設(shè)計(jì)進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。

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