郭紀(jì)良

（山東商務(wù)職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264000）

將無(wú)線通訊技術(shù)運(yùn)用在糧倉(cāng)內(nèi)部溫度與濕度進(jìn)行控制的相關(guān)技術(shù)中，是本文主要詳細(xì)討論的問(wèn)題。對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)用數(shù)字溫濕度傳感器SHT11進(jìn)行科學(xué)的搜集，由于MSP430FE427單片機(jī)的消耗功率比較低，將其運(yùn)用在控制過(guò)程中最為合適，進(jìn)行無(wú)線通訊的設(shè)備應(yīng)該選用無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊CC2420設(shè)備，將MSP430單片機(jī)與PC機(jī)二者之間通過(guò)RS485接口進(jìn)行連接。通過(guò)以上各種設(shè)備的結(jié)合發(fā)揮作用，能夠在糧倉(cāng)內(nèi)部溫度和濕度無(wú)法滿足正常標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，下位機(jī)接受上位機(jī)發(fā)出的指令，啟動(dòng)通風(fēng)、干燥等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行糧倉(cāng)內(nèi)部溫度和濕度條件的改善。

1 糧倉(cāng)無(wú)線傳感網(wǎng)溫濕度控制系統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及技術(shù)

1.1 802.11家族的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

在最開(kāi)始IEEE對(duì)一定范圍內(nèi)無(wú)線網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，802.11就其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在校園、辦公室等一定范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)中，將用戶和用戶之間使用的終端設(shè)備進(jìn)行連接，是其最主要的功能，隨著科技技術(shù)的不斷完善發(fā)展，又接連開(kāi)發(fā)出802.11a和802.11b這兩個(gè)更加科學(xué)的新型標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)這兩個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)中，將頻率為5GHz的功率作為802.11a的標(biāo)準(zhǔn)，所使用的正交頻分多路復(fù)用副載波數(shù)量為52個(gè)，54M b/s作為其原始數(shù)據(jù)的最大傳輸率。而802.11b在實(shí)際工作中被應(yīng)用的最為廣泛，相關(guān)系統(tǒng)常數(shù)也是最接近標(biāo)準(zhǔn)的，其將2.4GHz的功率作為載波頻率，11M b/s作為傳輸率。

1.2 藍(lán)牙協(xié)議

作為一種全球的開(kāi)放性規(guī)范，藍(lán)牙技術(shù)能夠?qū)o(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通訊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，成為在一定區(qū)域內(nèi)的無(wú)線連接技術(shù)，并且在10米之內(nèi)的近距離傳送技術(shù)中，是使用最方便、快速、靈活、安全、成本較小的技術(shù)，所以成為現(xiàn)如今在無(wú)線局域網(wǎng)中使用較為普遍的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)能夠在固定通訊設(shè)施與移動(dòng)通訊設(shè)施二者之間成立一個(gè)比較特別的通道，使設(shè)備與設(shè)備之間能夠以功率耗費(fèi)最小為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)作，并實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較分散、跳頻速度較快、短包等技術(shù)是藍(lán)牙模式的應(yīng)用原理，可以將各個(gè)移動(dòng)通信終端設(shè)施之間的信息傳送變的相對(duì)簡(jiǎn)單，圍繞單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)以及單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通訊模式展開(kāi)操作，并運(yùn)用雙工傳輸?shù)哪Ｊ剑?Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率、工作頻段為2.4GHzISM進(jìn)行實(shí)際的數(shù)據(jù)傳送。

1.3 ZigBee協(xié)議

ZigBee作為一種無(wú)線通訊技術(shù)，是將控制設(shè)備以及傳感器設(shè)備等電子零部件，運(yùn)用無(wú)線連接技術(shù)將他們連接起來(lái)的一種新型距離較短、速率較低的技術(shù)。其主要由MAC層、路由、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等組成了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在小范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)線連接時(shí)，ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)通訊的方式主要是在不計(jì)其數(shù)的小型傳感器之間將數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整統(tǒng)一。雖然ZigBee技術(shù)現(xiàn)今正處在發(fā)展階段，但是其成本較低、消耗功率較低的特點(diǎn)，已經(jīng)被人們接受并越來(lái)越多的使用。ZigBee技術(shù)的成立前提，是以IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)產(chǎn)生的，并將包括IEEE802.15.4的PHY層、MAC層、ZigBee堆棧層、網(wǎng)絡(luò)層(NW K)、應(yīng)用層、安全服務(wù)提供層合理的融入其中。

2 糧倉(cāng)無(wú)線傳感網(wǎng)溫濕度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想

2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無(wú)線糧倉(cāng)的下位機(jī)系統(tǒng)，主要是針對(duì)各種糧倉(cāng)溫度搜集設(shè)備組成的大結(jié)構(gòu)總稱，無(wú)限糧倉(cāng)的上位機(jī)系統(tǒng)，主要是針對(duì)各種數(shù)據(jù)集中處理設(shè)備以及上位機(jī)所組成的大結(jié)構(gòu)的總稱，上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)二者組成了無(wú)線通訊糧倉(cāng)的控制系統(tǒng)。星型網(wǎng)路拓?fù)涫菬o(wú)限糧倉(cāng)溫度和濕度控制系統(tǒng)所采用的主要結(jié)構(gòu)，對(duì)無(wú)線糧倉(cāng)溫度合濕度的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)上位機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集中處理設(shè)備進(jìn)行搜集，并以一個(gè)小范圍無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的形式呈現(xiàn)出來(lái)。經(jīng)過(guò)RS-485的處理，將數(shù)據(jù)集中處理設(shè)備與上位機(jī)有效的連接起來(lái)并讀取、顯示、管理。MCU處理設(shè)備、無(wú)線收發(fā)裝置相結(jié)合組成了數(shù)據(jù)集中處理設(shè)備，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)糧倉(cāng)溫度和濕度相關(guān)數(shù)據(jù)的收取、保存、傳送、控制等。運(yùn)用電池，對(duì)下位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)搜集設(shè)備提供電能，并對(duì)其外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐、密封等處理，使其在環(huán)境比較惡劣的情況下，依然可以正常的開(kāi)展工作。二者之間的通訊方式也是應(yīng)用無(wú)線模式，能夠抵抗比較強(qiáng)烈的影響。在以上的操作過(guò)程中，必須保證在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行，否則就會(huì)導(dǎo)致傳送失敗。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.2 系統(tǒng)總體功能需求及指標(biāo)

第一，通過(guò)糧倉(cāng)內(nèi)部的無(wú)線局域網(wǎng)，將搜集到的糧倉(cāng)內(nèi)部溫度和濕度的相關(guān)數(shù)據(jù)，保證精確、穩(wěn)定的進(jìn)行傳送，進(jìn)而科學(xué)的管理、控制糧倉(cāng)內(nèi)部的溫度和濕度情況。第二，將搜集設(shè)備設(shè)定成以固定周期，對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)部溫度和濕度的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集的程序，保證其具有一定的動(dòng)態(tài)特征。第三，將糧倉(cāng)內(nèi)部溫度和濕度的具體數(shù)據(jù)在上位機(jī)系統(tǒng)中正確、即時(shí)的顯示出來(lái)，并運(yùn)用圖形這種直觀感受的方法將存在問(wèn)題的數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來(lái)，并將設(shè)備設(shè)置成超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍就會(huì)自動(dòng)警告的模式。第四，將現(xiàn)年即時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)與以往同時(shí)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。第五，以濕度為（10% ～99% RH ）、溫度為（-40～+60℃）的范圍對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)部溫度和濕度的具體數(shù)值進(jìn)行測(cè)量。第六，以濕度為≤0.1% 、溫度為≤0.1℃的范圍對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)部溫度和濕度的分辨率進(jìn)行檢測(cè)。

2.3 系統(tǒng)通信方案選擇

（1）IEEE802.11b（Wi-Fi） 技 術(shù)。IEEE802.11b技術(shù)作為一定范圍內(nèi)無(wú)線網(wǎng)的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)，在最初啟用時(shí)，主要是針對(duì)規(guī)模比較大的辦公室內(nèi)部或者校園內(nèi)部使用的，其安全程度比較高，傳輸數(shù)據(jù)的速度比較快，能夠同時(shí)接收100個(gè)以內(nèi)的終端設(shè)備同時(shí)連接。其優(yōu)點(diǎn)眾多，是一項(xiàng)性能比較高的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，現(xiàn)如今已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在各種社會(huì)活動(dòng)中。針對(duì)糧倉(cāng)這種規(guī)模比較大的環(huán)境，IEEE802.11b技術(shù)能夠很好的發(fā)揮作用，其只要將傳輸設(shè)備安置在一定范圍內(nèi)，不用對(duì)齊，也不用考慮中間的遮擋物，就能夠快速的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。因此，可以應(yīng)用IEEE802.11b技術(shù)對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)部溫度和濕度進(jìn)行管理和控制。

（2）紅外技術(shù)（IrDA）。所謂的紅外技術(shù)，糾其根本，其實(shí)就是將數(shù)據(jù)以單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)的形式，運(yùn)用紅外線進(jìn)行傳輸?shù)囊环N技術(shù)手段。其優(yōu)勢(shì)在于對(duì)指定頻段的使用權(quán)限不用申請(qǐng)，并且消耗功率比較低，單點(diǎn)和單點(diǎn)之間連接比較方便快捷，使用比較方便等。但是其由于使用起來(lái)必須將兩個(gè)終端設(shè)備的位置最大限度的對(duì)準(zhǔn)，二者之間不能有任何障礙物進(jìn)行遮擋，并且要在一定的范圍內(nèi)，否則就無(wú)法正常的將兩個(gè)設(shè)備連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。因此在糧倉(cāng)這種規(guī)模比較大、物品比較多的環(huán)境中，紅外技術(shù)就不能順利的發(fā)揮作用。因此不能應(yīng)用紅外技術(shù)對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)部溫度和濕度進(jìn)行管理和控制。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)以上對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)部無(wú)線傳感網(wǎng)溫度和濕度進(jìn)行控制的相關(guān)操作系統(tǒng)展開(kāi)的詳細(xì)討論，我們能夠清晰的知道糧倉(cāng)內(nèi)部無(wú)線傳感網(wǎng)溫度和濕度控制的整體結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出一套嚴(yán)謹(jǐn)完善的系統(tǒng)，也就是應(yīng)用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)的作用、命令、通訊計(jì)劃有比較清晰的了解。使糧倉(cāng)在實(shí)際儲(chǔ)存糧食的過(guò)程中，通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)，能夠游刃有余的對(duì)內(nèi)部的溫度和濕度進(jìn)行管理和掌控。

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