王晨陽(yáng)

摘要：以STM32芯片的無(wú)線傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，使用C++編程語(yǔ)言，完成監(jiān)控設(shè)備對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)部溫度濕度煙霧濃度實(shí)時(shí)情況監(jiān)控的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)發(fā)送短信和接收短信來(lái)處理糧倉(cāng)反饋過(guò)來(lái)的信息，達(dá)到對(duì)糧倉(cāng)的智能監(jiān)控。反復(fù)測(cè)試之后，該系統(tǒng)可以有效地監(jiān)控糧倉(cāng)，準(zhǔn)確性高，安全可靠，具有很好的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： STM32芯片;嵌入式結(jié)構(gòu)知識(shí);智能監(jiān)控

隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也得到了明顯的發(fā)展。相應(yīng)地，糧倉(cāng)溫濕度的控制監(jiān)測(cè)技術(shù)在軟件、硬件等方面都取得了很大的進(jìn)步。 二十世紀(jì)初，Sensiron公司在全世界率先研制成功SHT10型智能溫度傳感器，其體積和火柴頭相類(lèi)似。它不僅能準(zhǔn)確地測(cè)量出相對(duì)的溫度，也可以測(cè)量濕度及露點(diǎn)。測(cè)量的相對(duì)溫度值大概是0～99%，分辨率能達(dá)0.03% RH，最高的精確度大概達(dá)到±2% RH;測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)溫的限度是-40～+123.8 ℃，分辨度大抵為0.01 ℃[1];測(cè)量的露點(diǎn)精度為<±1 ℃;測(cè)量的濕度、溫度通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器劃分分別可達(dá)到12位、14位。

經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)實(shí)生活中的測(cè)控問(wèn)題尚未得到很好的研究。此課題的研究方向不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的監(jiān)控，同時(shí)還能推廣到平時(shí)生活及相關(guān)的領(lǐng)域。

1? ? 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本糧倉(cāng)設(shè)計(jì)相比以前的設(shè)計(jì)增加了多個(gè)溫濕度節(jié)點(diǎn)，能更好地掌握糧倉(cāng)內(nèi)具體的情況，比以前的測(cè)量更加準(zhǔn)確[2-3]，如圖1所示。

該設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成，系統(tǒng)的基礎(chǔ)是其中的硬件，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心是軟件。對(duì)于虛擬儀器的設(shè)計(jì)既要美觀大方，同時(shí)又要操作方便，而后面板的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，同樣應(yīng)整體簡(jiǎn)潔、布線合理、功能完善。這個(gè)程序?qū)嶋H上是模擬虛構(gòu)的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要程序框圖如圖2所示。

2? ? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件組成有很多部分，并且根據(jù)任務(wù)的要求，基于 LabVIEW 的溫、濕度操控體系的策劃，涵蓋了以下幾個(gè)細(xì)分體制：虛擬輸入、信息采集、數(shù)據(jù)保存、成果分析、超限度報(bào)警等電路設(shè)計(jì)和其他從屬功能的設(shè)計(jì)。節(jié)點(diǎn)的硬件部分由三個(gè)模塊部分組成，它們分別是傳感器模塊，處理器模塊和無(wú)線通信模塊。傳感器模塊包括傳感器和數(shù)字模擬信號(hào)系統(tǒng);處理器模塊包括處理器和存儲(chǔ)器;無(wú)線通信模塊包括協(xié)議棧和收發(fā)器。它們?nèi)齻€(gè)共同控制監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)。處理系統(tǒng)的模塊承擔(dān)操控該系統(tǒng)傳感器的節(jié)點(diǎn)操作、蓄積以及料理根據(jù)這個(gè)結(jié)點(diǎn)搜集的數(shù)據(jù)和接收由其余節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信息。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是采集溫濕度、煙霧度的核心設(shè)計(jì)。

本設(shè)計(jì)采用了TI公司依據(jù)ZigBeeSpecification 2006專(zhuān)為CC2430 芯片設(shè)計(jì)的協(xié)議棧 ， 主要由5個(gè)部分組成：軟硬件系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)，等等。

是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)程序流程圖，按照系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間來(lái)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行信息采集， 然后由此向網(wǎng)關(guān)發(fā)送信息數(shù)據(jù) 。圖4為檢測(cè)節(jié)點(diǎn)程序的流程圖 。運(yùn)行于電腦上的監(jiān)控軟件基本是由三部分構(gòu)成： 串口通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 、顯示界面。該體系的使用是由LabVIEW8.6開(kāi)發(fā)而成的 ，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理是用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一管理的。

用戶在使用這個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候，用監(jiān)測(cè)到的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)值進(jìn)行檢測(cè)環(huán)境，并估測(cè)環(huán)境的溫濕度值，并且也能夠設(shè)定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的報(bào)警閾值以及數(shù)據(jù)圖形的顯示形式。如圖 5所示，展示了溫度信息采集的監(jiān)控畫(huà)面。

圖5是監(jiān)控畫(huà)面的圖片，測(cè)了很多個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫濕度，還可以設(shè)置和顯示報(bào)警時(shí)候的最大值，我們可以很直觀地看到很多節(jié)點(diǎn)溫濕度的數(shù)值，從折線圖上可以更直觀地看到它們近幾個(gè)小時(shí)的溫濕度數(shù)值變化，從而可以很直接地觀察和控制糧倉(cāng)內(nèi)的溫濕度，使糧食達(dá)到很好的保護(hù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)--溫濕度傳感器模塊設(shè)計(jì)

SHT10元件包含如下參數(shù)： 濕度的檢測(cè)距離為 0～50% RH; 溫度的檢測(cè)距離為-40～+ 122.8 ℃;濕度的檢測(cè)距離精確度為± 5.0% RH;溫度檢測(cè)距離的精確度為± 0.6 ℃; 響應(yīng)時(shí)間的精確度為 < 4 s;肯定可以被完全的淹沒(méi)。

SHT10元件有7個(gè)相對(duì)參數(shù)，分別是溫度測(cè)量、濕度分辨率、溫度分辨率、相對(duì)濕度測(cè)量的精度、溫度測(cè)量的精度、相對(duì)濕度響應(yīng)時(shí)間和溫度響應(yīng)時(shí)間[1，4-6]。相對(duì)濕度測(cè)量的范圍：0～100% RH;相對(duì)溫度測(cè)量的范圍：-40～+122.8 ℃;相對(duì)濕度分辨率：0.05%RH;溫度分辨率：0.06 ℃;相對(duì)濕度測(cè)量的精度：±4% RH;溫度測(cè)量的精度：

±0.3 ℃;相對(duì)濕度響應(yīng)的時(shí)間：10 s（type）;溫度響應(yīng)的時(shí)間：4～29 s。

檢測(cè)監(jiān)控程序是這個(gè)系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，它核心的構(gòu)架是分布式。無(wú)線傳感器系統(tǒng)通過(guò)信息傳輸，經(jīng)過(guò)信息篩查，再進(jìn)行核實(shí)和處理，最后把傳感器信息傳遞到使用者。有五個(gè)模塊，分別是初始化子程序、串口中斷子程序、定時(shí)器中斷子程序、發(fā)送短消息子程序和處理短消息子程序、這五個(gè)模塊構(gòu)成了主程序循環(huán)的主要組成部分，如圖6所示。

4? ? ?結(jié)論

在當(dāng)今的無(wú)線通信科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，基于STM32芯片的設(shè)計(jì)相對(duì)于我們的影響力很大。本研究開(kāi)發(fā)的智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)較以前的糧倉(cāng)設(shè)計(jì)大為不同，更重視糧食自身的物理特性，而不主要限于人類(lèi)的主觀意識(shí)或者是用文字來(lái)描述監(jiān)測(cè)的過(guò)程。

本研究采用C++程序原理實(shí)現(xiàn)了基于STM32的糧倉(cāng)監(jiān)控設(shè)計(jì)，但是還有一些不足的地方。例如，糧倉(cāng)內(nèi)溫濕度導(dǎo)致糧食發(fā)生霉變的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)還無(wú)法有效監(jiān)測(cè)和辨別。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)STM32芯片的微處理涉及的代碼不多，LED的不完善也很容易造成檢索的結(jié)果不精確，所以應(yīng)該增加檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的預(yù)處理模式，從而使節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的溫濕度更接近它的真實(shí)狀況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 侯俊才，胡耀華，侯莉俠，等.數(shù)字式糧倉(cāng)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012（9）：103-106.

[2] 陳巖， 陳開(kāi)勝.基于STM32的糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].食品與機(jī)械，2014，30（9）：187-189.

[3] 范延彬，王超.基于WSN的小麥倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)科技，2015（5）：56 -57.

[4] 張鵬.基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].商場(chǎng)現(xiàn)代化，2013（28）：74.

[5] 牛賈賈，馬鐵華，沈大偉.糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2013（11）：123-124.

[6] 吳卓葵.基于GSM的糧倉(cāng)溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2014（9）：94-97.

Abstract： This paper is based on wireless sensor technology based on the STM32 chip， using c + + programming language， designed the system for monitoring and controlling the temperature， humidity and smoke concentration inside the granary. The purpose of studying intelligent granary is to accurately grasp the situation of the granary at all times. Measuring the temperature， humidity and smoke concentration of the granary can monitor the temperature， humidity and smoke intuitively. The feedback information from the granary can be received by sending and receiving SMS. If the smoke concentration is too high， it is easy to cause fire， and then by turning on the smart fan to ensure safety， ultimately in any case， to achieve the intelligent monitoring of the granary. After repeated testing， the system can effectively monitor the granary， with high accuracy， safety and reliability， and has strong practical value.

Key? words：? STM32 chips; embedded structure of knowledge; intelligent monitoring

責(zé)任編輯? ? 祁秀春