基于无线传感器网络的粮情检测系统的设计new

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1、http://www.paper.edu.cn基于无线传感器网络的粮情检测系统的设计蓝会立，张认成，毛思文华侨大学机电及自动化学院（362021）摘要：针对目前我国仓储行业粮情检测系统存在的不足，提出了一种无线传感器网络的设计方案，详细介绍了无线温度传感器节点的硬件结构和软件设计。实验表明：该系统安装简单方便，稳定性好，温度测量精度高。关键词：无线传感器网络，节点，温度检测，粮食储藏1引言粮食温度检测技术是我国粮食储藏的四大技术之一，它可动态监测仓库粮食温度变化情况，为粮食的储藏安全提供了重要保障。由于储备库的特殊环境条件：粮食出入库时，系统部分模块（主要是

2、传感器模块）要拆卸和重新安装；仓库中存在有毒气体H3P，容易腐蚀电子元器件；粮堆中损坏的传感器不容易更换。而目前应用于粮食储藏的粮情检测系统大多采用模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D转换器及单片机等组成的导线传输系统。这种温度采集系统需要在仓库布置大量的测温电缆，安装和拆卸繁杂。同时受到导线电阻和分布电容的影响，测量误差比较大，易受雷击。随着国家经济的快速发展，粮食储备的日益增加，大型粮食储备库的建设对粮食温度检测技术也提出了越来越高的要求。基于此，本文提出一种基于无线传感器网络的温度检测系统的设计方案，该方案不需要任何固定网络的支持，仓库安装简单方便，系

3、统稳定可靠、可维护性好。2无线传感器网络无线传感器网络是由大量微型、智能、低功耗传感器以某种网络协议构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术以及无线通信技术，正成为一[1]个新兴的技术领域，被认为是21世纪最重要的技术之一。无线传感器网络节点具有无线通信、数据采集和处存储器理、协同合作等功能，可以随机或者特定地布置在目标传感器微处理器射频模块环境中，能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。传感器节点主要由电源管理模块、传感器、电源管理模

4、块微处理器、存储器以及射频模块等功能模块构成。典型图1传感器节点的结构的传感器节点结构如图1所示。电源管理模块为其它功-1–http://www.paper.edu.cn能单元提供正常工作所必需的能源。传感器用于感知、获取外界的信息，并通过信号处理电路将其转换为数字信号。微处理器部件负责协调节点各部分的工作，如对传感器获取的信息进行必要的处理、保存，控制传感器和电源的工作模式等。射频模块负责与其他传感器或观察者的通信。3系统设计方案整个系统由若干无线温度传感器节点、测控主节点传感器网络机和PC机组成，如图2所示。其中无线温度传感器PC机节点按一定布点规则分布

5、于仓库内，执行温度数据测控主机采集、预处理和传输等工作。测控主机由无线收发仓库模块nRF9E5及报警装置组成，通过外接MAX232转图2系统结构框图换电路，和PC机进行串口通信。测控主机通过无线通讯方式与各个节点进行数据传输、存储及命令的传送。PC机给测控主机发送功能命令并对采集到每个节点温度数据进行智能分析、显示和打印。限于篇幅，本文主要介绍无线温度传感器节点的硬件结构和软件设计方法。3.1无线温度传感器节点的设计温度传感器节点是的网络的基本单元，响应测控主机的指令并发送数据。由于传感器节点通常采用电池供电，电池的容量一般不是很大。并且在使用过程中，不能给

6、电池充电或更换电池，一旦电源耗尽，这个节点就失去了作用。因此在传感器网络节点的设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。在硬件设计方图3温度传感器节点硬件原理图面，要尽量采用低功耗器件，在没有通信任务的时候，切断射频部分电源；在软件设计方面，各层通信协议都应该以节能为中心。图3为温度传感器节点硬件结构电路图。3.1.1射频SOCnRF9E5nRF9E5是挪威Nordic公司去年推出的系统级RF芯片。该芯片采用+3VDC供电，面积为5mm×5mm，共有32个外部引脚，包括UART和SPI等功能。内部集成了nRF9E5射频模块、8051微控制器及A/D转

7、换模块，具有433/868/915MHz三波段载波频率。采用GFSK调制，抗干扰能力强；支持多点通讯，数据传输速率高达0.1Mbps。具有特有的ShockBurst信号发射模式和发射信号载波监测功能，可有效降低功耗电流、避免数据冲突。内部寄存器为用户-2–http://www.paper.edu.cn提供了基础的通讯协议，便于用户扩展，缩短了开发周期，因此很适用于无线数据传输系统的设计。nRF9E5使用SPI接口进行单片机与无线模块间的数据传输。这部分在nRF9E5片内的8051内核与nRF905射频收发器之间完成。nRF9E5的收发器有三种工作方式，Sho

8、ckBurst接收（RX）方式，ShockBurst