李大海　陳素　齊仁龍

摘 要：基于ARM平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的多倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境綜合測(cè)控系統(tǒng)，采用各種類型的高精度傳感器和S3C2410處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、水分、氣體濃度、糧倉(cāng)密度等糧情綜合參數(shù)的采集、在線監(jiān)測(cè)，并搭建了遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。搭建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)糧情信息采集終端和監(jiān)視中心軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的有效監(jiān)測(cè)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種檢測(cè)信息的融合。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；多倉(cāng)儲(chǔ)糧情；在線監(jiān)測(cè)；S3C2410

中圖分類號(hào)：TP212.9；TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.022

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為糧食倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)的建設(shè)提供了新技術(shù)，進(jìn)一步推動(dòng)了糧食溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)、基于壓力傳感器的糧食質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)和基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通風(fēng)控制系統(tǒng)的建設(shè)。另外，借助高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多種檢測(cè)信息的融合，而搭建遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也成為了一種發(fā)展趨勢(shì)。但是，投資成本不高、新技術(shù)的實(shí)施具有滯后性等特點(diǎn)使得國(guó)內(nèi)糧情測(cè)控系統(tǒng)在性能上普遍存在系統(tǒng)兼容性差、系統(tǒng)抗干擾能力差、精度低、系統(tǒng)檢測(cè)項(xiàng)目少、智能化水平低、系統(tǒng)元器件易損壞等問(wèn)題。鑒于此，本文將糧食溫濕度檢測(cè)、通風(fēng)控制、糧食質(zhì)量檢測(cè)等功能有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成了一個(gè)集各種信息于一體的綜合測(cè)控系統(tǒng)。

糧情綜合測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：①以糧食溫度為主要性能指標(biāo)、控制核心為單片機(jī)，利用熱敏電阻等對(duì)溫度具有敏感特性的原件組成了第一代測(cè)量糧情的系統(tǒng)。②以PC機(jī)作為控制核心，利用DOS操作系統(tǒng)，引進(jìn)分線器技術(shù)，采用矩陣布線的方式組成了具有數(shù)據(jù)顯示、儲(chǔ)存、打印等功能的第二代糧情測(cè)控系統(tǒng)。③將以濕度、溫度為主要特征的數(shù)字化傳感器作為檢測(cè)終端，檢測(cè)的指標(biāo)也比以前多，使傳感器趨于集成化。在CAN總線和485通信模式下，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化信號(hào)的有效傳輸，同時(shí)，應(yīng)用Windows系統(tǒng)也提高了軟件的運(yùn)行速率，加強(qiáng)了信息的傳輸與控制。④糧情測(cè)控系統(tǒng)是隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展起來(lái)的，直至現(xiàn)在國(guó)內(nèi)絕大部分糧庫(kù)設(shè)計(jì)者才開(kāi)始采用該系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)基本構(gòu)成

糧情綜合檢測(cè)系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)智能管理器、糧情信息采集器和上位機(jī)管理主站3部分組成的。糧情檢測(cè)系統(tǒng)的核心單元是數(shù)據(jù)智能管理器。它在總線隔離技術(shù)的作用下，在實(shí)現(xiàn)了信息定時(shí)存儲(chǔ)的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了信息的中轉(zhuǎn)傳送，即在信息采集器與管理主站之間搭建了有效的橋梁，實(shí)現(xiàn)了信息的最佳效能傳輸。該系統(tǒng)能夠定時(shí)接收信息采集器采集到的數(shù)據(jù)通信、糧倉(cāng)溫度、糧倉(cāng)濕度和壓力的數(shù)字信息。這樣，糧倉(cāng)的主站就會(huì)接收到糧倉(cāng)信息采集器采集到的溫度、濕度等信息數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 信息采集器

糧倉(cāng)信息采集器具有糧倉(cāng)檢測(cè)信息采集、記錄/存儲(chǔ)、控制等功能，是展現(xiàn)糧倉(cāng)管理器數(shù)據(jù)交換能力的糧倉(cāng)綜合管理器。糧倉(cāng)基本信息的實(shí)時(shí)記錄和糧倉(cāng)的運(yùn)行情況信息都可以存儲(chǔ)在相應(yīng)的E2PROM中。當(dāng)糧倉(cāng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的智能管理

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器后，也就是將E2PROM中存儲(chǔ)的糧倉(cāng)基本信息數(shù)據(jù)取出，由糧倉(cāng)管理器實(shí)現(xiàn)對(duì)上位機(jī)的信息傳輸，同時(shí)，也將備用電池狀態(tài)和周圍的磁場(chǎng)狀態(tài)等信息傳輸?shù)娇刂破脚_(tái)上。

1.2 信息控制器

控制器包括糧倉(cāng)溫濕度傳感器、壓力傳感器和單片機(jī)控制部分。它與數(shù)字基本傳感器連接，收集來(lái)自傳感器的基本信號(hào)，并完成無(wú)線傳輸功能。

1.3 智能管理器

接收來(lái)自無(wú)線基本信息控制器糧倉(cāng)內(nèi)的基本信息，并及時(shí)由無(wú)線通信傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)視中心，起到了上行通信和下行管理的作用。

1.4 PC監(jiān)視中心

接收和管理各個(gè)糧倉(cāng)無(wú)線基本傳輸智能管理器發(fā)送來(lái)的基本數(shù)據(jù)，并分析和顯示這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后的結(jié)果。

2 硬件設(shè)計(jì)

數(shù)字智能管理器控制核心采用的是ARM920T架構(gòu)的處理器S3C2410。該處理器的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了，并且它功耗低、集成度高、性能穩(wěn)定。通信模塊是由載波模塊、GPRS通信模塊GTM900C等組成，它能夠?qū)崿F(xiàn)信息的實(shí)時(shí)采集和通信。另外，數(shù)字智能管理器還包括鍵盤(pán)控制模塊，LCD模塊，由AM29LV800、K9F1208UOM組成的Flash存儲(chǔ)模塊（其中，AM29LV800用于啟動(dòng)代碼的存放，K9F1208UOM用于應(yīng)用程序代碼、文件系統(tǒng)和糧情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存放），SDRAM模塊（由2片HY57V641620構(gòu)成，它固有的空間、數(shù)據(jù)集堆棧區(qū)可以為程序提供相應(yīng)的運(yùn)行條件）和USB接口模塊。由于智能管理器的核心S3C2410運(yùn)行速率比較快，所以，在驅(qū)動(dòng)LCD時(shí)，一般加有延時(shí)程序。硬件作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)了對(duì)糧情溫度、濕度等數(shù)字傳感器信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，并有效執(zhí)行了管理中心發(fā)出的各項(xiàng)指令，進(jìn)一步保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

智能管理器不僅是管理主站信息采集處理器的從機(jī)，也是糧倉(cāng)糧情信息采集的主機(jī)，所以，其硬件設(shè)計(jì)尤為重要，要有效保證智能管理器運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。智能管理器設(shè)計(jì)如圖2所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件的主要功能

3.1.1 糧倉(cāng)檢測(cè)信息的采集與處理

這項(xiàng)功能是指能夠?qū)崟r(shí)、定時(shí)、自動(dòng)地讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，隨時(shí)了解糧倉(cāng)的基本信息以及糧倉(cāng)的基本信息是否正常，以便于自動(dòng)管理或手動(dòng)控制。

3.1.2 糧倉(cāng)信息管理

對(duì)于糧倉(cāng)信息的管理，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢、刪除、修改、添加、統(tǒng)計(jì)、打印相關(guān)信息的功能。

3.1.3 部門(mén)信息管理

部門(mén)信息管理是指能夠?qū)崿F(xiàn)后臺(tái)的管理權(quán)限設(shè)計(jì)，能夠有效添加二級(jí)管理用戶，并且能對(duì)二級(jí)用戶實(shí)現(xiàn)信息的修改、添加、刪除等功能管理。二級(jí)用戶需要注冊(cè)、審核后才能進(jìn)入系統(tǒng)中。

3.1.4 自動(dòng)報(bào)表生成

軟件要具有自動(dòng)生成報(bào)表并打印的功能。這樣，不僅可以查詢周信息、月信息，還可以查詢某個(gè)時(shí)間段的信息報(bào)表。

3.1.5 系統(tǒng)部門(mén)分級(jí)管理

糧倉(cāng)管理部門(mén)要實(shí)現(xiàn)權(quán)限分級(jí)管理，即對(duì)不同的管理層設(shè)置不同的管理權(quán)限。系統(tǒng)管理員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理，即實(shí)時(shí)信息的管理、糧倉(cāng)糧情信息的管理和通信的管理等。一般情況下，管理員設(shè)置有信息查詢權(quán)限，部分信息和通信管理查詢是有管理權(quán)限的。

3.2 軟件設(shè)計(jì)流程

糧倉(cāng)檢測(cè)控制器程序初始化流程如圖3所示。主芯片收到

無(wú)線通信傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，檢查數(shù)據(jù)地址（2個(gè)68之間的地址）是否是糧倉(cāng)檢測(cè)控制器地址，如果不是（同時(shí)也不是廣播地址），就要把這幀數(shù)據(jù)依照原樣發(fā)送到無(wú)線網(wǎng)上（同時(shí)判斷數(shù)據(jù)幀是07/645還是97/645，按照不同的速率發(fā)送出去，07/645按9 600 bps發(fā)送，97/645按115 200 bps發(fā)送）；如果是廣播地址，同時(shí)也是廣播校時(shí)，則要對(duì)糧倉(cāng)檢測(cè)控制器校時(shí)，其他的則按照控制碼解析處理；如果是糧倉(cāng)檢測(cè)控制器地址，就讀取糧倉(cāng)檢測(cè)控制器本身的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；如果沒(méi)有數(shù)據(jù)，則要讀取相應(yīng)的糧倉(cāng)信息數(shù)據(jù)之后再返回。

4 結(jié)論

糧情綜合測(cè)控系統(tǒng)是國(guó)家未來(lái)10年發(fā)展的主要方向，隨著國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，糧倉(cāng)檢測(cè)采集系統(tǒng)將成為國(guó)家糧食存儲(chǔ)檢測(cè)技術(shù)的重要組成部分，而全采集、全覆蓋、智能化則是未來(lái)糧倉(cāng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。相信在不久的將來(lái)，對(duì)其的需求將會(huì)與日俱增，新的糧倉(cāng)檢測(cè)系統(tǒng)采集模式會(huì)隨著市場(chǎng)需求的變化而變化，對(duì)其需求量也會(huì)越來(lái)越多。由此可見(jiàn)，科技創(chuàng)新、智能化發(fā)展是未來(lái)國(guó)家糧食存儲(chǔ)安全的主導(dǎo)。

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〔編輯：白潔〕