鄭麗娜

（呼倫貝爾學(xué)院物理與電子信息學(xué)院，內(nèi)蒙呼倫貝爾，021000）

0 引言

糧食存儲一直以來就是一個比較熱門的話題，國家一直都比較重視，因為這對于穩(wěn)定國內(nèi)的糧價，確保人們不餓肚子起到了至關(guān)重要的作用。我國是一個人口比較多的國家，解決吃飯問題一直都是關(guān)鍵，因此，國家從建國初期到現(xiàn)在一直在進(jìn)行糧倉的建設(shè)[1]。在以前，糧倉需要派專人24小時守候，后來，由于技術(shù)的進(jìn)步，人們開始利用自動化、智能化技術(shù)去管理糧倉，這在一定程度上提高了工作的效率。然而，由于技術(shù)不成熟，這些智能化的系統(tǒng)在使用的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些問題，例如監(jiān)控不及時，傳感器警報延遲，系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題時常發(fā)生。為了解決這些問題，研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能糧倉監(jiān)控管理系統(tǒng)顯得非常有意義。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能糧倉監(jiān)控管理系統(tǒng)功能

■1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能糧倉監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能

本管理系統(tǒng)的功能非常全面，能夠精確、高效地監(jiān)控糧倉內(nèi)糧食的實際情況。系統(tǒng)的傳感器能夠自動接收傳感器傳來的數(shù)據(jù)，通過VxWorks系統(tǒng)進(jìn)行控制。在糧倉中，最需要關(guān)注的是對糧食溫度的把控，以及對于室內(nèi)風(fēng)扇的操控。在以往，人們都是通過手工的方式進(jìn)行處理，這帶來的問題是人力資源的消耗，以及時間的浪費，并且不能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、智能化和全天候[2]。如果由于某些原因，室內(nèi)的溫度發(fā)生了明顯的變化，能夠傳感器接收到異常的數(shù)據(jù)后，會將異常的數(shù)據(jù)傳到控制中心，控制中心傳達(dá)指令到報警器，引發(fā)報警器報警。此外，系統(tǒng)還使用了大型的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了對大量數(shù)據(jù)的存儲。整個系統(tǒng)性能非常穩(wěn)定，可移植性都非常好。系統(tǒng)的整體技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集框架

■1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能糧倉監(jiān)控管理系統(tǒng)組成

對于本基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能糧倉監(jiān)控管理系統(tǒng)，其實它的組成部分也不是很復(fù)雜。主要可以分為監(jiān)控部分、服務(wù)器控制部分，以及客戶端。監(jiān)控部分就包括各種傳感器，自動化的門禁系統(tǒng)，以及其他的一些部分。服務(wù)器部分主要就是復(fù)負(fù)責(zé)對監(jiān)控部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，下達(dá)指令。客戶端部分既可以包含電腦端，也可以包含智能化的手機端[4]。具體的情況如圖2所示。

■1.3 監(jiān)控設(shè)備的相關(guān)硬件

對于本系統(tǒng)的監(jiān)控部分，主要的部分是傳感器部分。傳感器的種類很多，一般來說，會包含溫控的傳感器，聲控的傳感器，煙霧傳感器，紅外傳感器，以及濕度傳感器。系統(tǒng)的控制主板選擇的SPRS模塊，這主要便于通過網(wǎng)絡(luò)對傳感器部分進(jìn)行連接。由于數(shù)據(jù)傳輸量比較大，系統(tǒng)的控制部分采用了非無線的傳輸網(wǎng)絡(luò)，以及超大的帶寬。像門控部分，這個部分的監(jiān)控器主要是為實現(xiàn)對進(jìn)出人員的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控[5]。

圖2 系統(tǒng)組成圖

■2.1 物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的組成部分，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的目的是將各個節(jié)點的信息提供給其他節(jié)點。因此，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸通道，保證信息傳輸可靠穩(wěn)定，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)。在本系統(tǒng)中，具有各種功能的傳感器通過RS-232，RS485或模擬/數(shù)字輸入接口與監(jiān)控裝置相連。監(jiān)控裝置收集這些數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)，GPRS或CDMA等技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送給對象。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，服務(wù)器存儲數(shù)據(jù)并進(jìn)行二次處理。具有適當(dāng)權(quán)限的操作員可以通過客戶端連接到服務(wù)器，以獲得實時收集的數(shù)據(jù)。

■2.2 物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸路徑

2.2.1 傳感器到監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸

本系統(tǒng)非常重要的部分就是傳感器部分，這個部分就是對糧倉內(nèi)的環(huán)境狀況進(jìn)行監(jiān)控，為系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的分析奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)傳感器部分壞掉了，那么整個系統(tǒng)就不能正常運轉(zhuǎn)了。因此，對于傳感器部分，需要選擇非常好的設(shè)備。此外，對于傳輸?shù)姆绞揭灿斜容^大的要求，例如時效性、安全性、快速性，以及穩(wěn)定性等等。本系統(tǒng)的傳感器部分在數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體上使用的是RS-485總線。此總線能夠與監(jiān)控設(shè)備的各個傳感器進(jìn)行連接，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高效傳輸。

2.2.2 監(jiān)控設(shè)備到服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸

監(jiān)控設(shè)備使用成熟的Internet技術(shù)連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器。以太網(wǎng)設(shè)備最常用于將監(jiān)控設(shè)備連接到Internet。監(jiān)控設(shè)備在VxWorks系統(tǒng)中配備了檢測以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動程序的以太網(wǎng)功能，可以為應(yīng)用程序提供基本的Internet服務(wù)。后臺線程tMonitor在監(jiān)控設(shè)備上運行，與服務(wù)器的后臺處理程序進(jìn)行通信。智能粒度監(jiān)控設(shè)備上線后，與服務(wù)器建立活動連接，授權(quán)后與服務(wù)器建立TCP連接。

2.2.3 服務(wù)器到客戶端的數(shù)據(jù)傳輸

在本系統(tǒng)中，由于有的部分對于數(shù)據(jù)的傳輸速率要求有點高，有的部分對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸笥悬c高。因此，本系統(tǒng)綜合進(jìn)行了考慮，選擇了兩種連接方式，如TCP方式和UPD方式。在模式上，本系統(tǒng)選擇的是服務(wù)器到客戶端的方式。服務(wù)器端主要是應(yīng)對客戶端的一些請求，然后，對系統(tǒng)的其他部分傳達(dá)指令。

3 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸路徑的實現(xiàn)與通信協(xié)議

■3.1 數(shù)據(jù)采集接口功能實現(xiàn)

RS-485接口是嵌入式設(shè)備的常用接口。由于其傳輸特性不同，采用適當(dāng)?shù)亩俗悠ヅ潆娮?，傳輸距離可達(dá)100米以上。同時，可以支持安裝在總線上的多個設(shè)備，這極大地方便了現(xiàn)場布線。本系統(tǒng)主要用于溫濕度傳感器，煙霧傳感器等設(shè)備。本系統(tǒng)中的RS-485功能是通過CPU-UART接口和485驅(qū)動芯片實現(xiàn)的。

■3.2 以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動介紹

對于此部分，本系統(tǒng)選擇的是可以不斷改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)堆棧。系統(tǒng)還特意為此部分編寫了驅(qū)動程序，將其簡單命名為END。此部分主要是對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的端口進(jìn)行管理，具體來說，當(dāng)為了使用某些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時，會為其編寫相關(guān)的驅(qū)動程序，然后，會把一些數(shù)據(jù)封裝在END里。當(dāng)然，由于一些特殊的原因，系統(tǒng)還需要使用MUX，從而實現(xiàn)間接的通信。這種接口主要時在使用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議時會特別關(guān)注。

■3.3 通信協(xié)議概述

在通信協(xié)議上，系統(tǒng)是綜合考慮了很多的情況。TCP的傳輸協(xié)議是主要的，但是，也會使用UDP的協(xié)議。系統(tǒng)在運用該協(xié)議的時候也設(shè)計了很多必要的命令，主要是為了處理業(yè)務(wù)方面的需求。如果業(yè)務(wù)方面的需求發(fā)生了相應(yīng)的變化，那么，選擇相關(guān)的命令類型，然后，去是西安可靠的通信。一般來說，選擇的是自定義協(xié)議。

4 總結(jié)

當(dāng)前，糧食的安全問題仍然是一個很熱門的話題。為了降低工作人員的負(fù)擔(dān)，提高工作的效率，本文開發(fā)了一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能糧倉監(jiān)控管理系統(tǒng)。以VxWorks系統(tǒng)為核心，其他傳感器為輔助，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器為關(guān)鍵的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠很好地監(jiān)控糧倉的實際情況，一旦有險情會立刻作出報警，工作人員就會及時處理。文章首先介紹了智能糧倉功能與組成；其次，分析了物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸、物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸路徑；然后，分析了數(shù)據(jù)采集接口功能實現(xiàn)、以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動程序，以及通信協(xié)議介紹。