基于ZigBee无线传感网络的粮情测控系统设计.pdf

通信与信息处理
《自动化技术与应用》2010年第29卷第12期
Communication and Information Processi
基于 Zigbee无线传感网络的粮情测控系统设计
郑晓亮,郭家虎
(安徽理工大学电气与信息工程学院,安微淮南232001)
摘要:针对传统有线粮情遡控糸绽在使用中存在的问题,采用 Lig Bcc无线传感技术设计一-种新型粮情测控系统。给出了系统组成
结构,各根仓内尢线节点的布置方案,节点的硬件电路设计以及路由算法。系统采用无线信号传输,具有结构简単、性能优越
使用灵活方便等特点。
关键词:粮情;測控系统;无线传感?络; Zigbee
中图分类号:T1811.2文献标识码:B文章编号:1003-7241(2010)12-0049-04
Design of Grain Status Tracking System Based on Zigbee
Wireless Sensors Network
ZALENG Xiao-liang, GUO Jia-hu
(School of Electric and Information Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001 China
Abstract: In order to solve the problem in using the traditional wired grain status tracking system. the Zigbee wirless sensors
technology is adopted to design a new type of grain status tracking system. The paper presents the system composition
the layout of wireless nodes in the barn, the hardware circuit design of wireless node and the routing algorithm. System
using wireless signal transmission, has a simple structure. superior performance, flexible and easy to use and so on
Key words: grain status; tracking system; wireless sensors network; Zig Bee
1引言
现仓内、仓与仓、仓与控制中心之间数据传输,省掉大
自20世纪80年代起,国内的大中型粮库开始应用
量麻烦繁杂的电缆布线工作,大大提高粮库管理的灵活
微机采集粮温和监测粮情。经过20多年的应用、完善
性,维护操作简单,极少影响到进出库、杀虫作业等工
和发展,目前已经在许多粮库中取得了良好的效果和明
作,大大减少雷击机会,提高系统的可靠性和稳定性,减
显的经济效益,为实现粮库现代化管理起到了十分积极轻管理人员工作强度,具有较好的社会经济效益
的作用川。但在实际应用中也逐渐出现了一些急需改进
的地方,例如:系统抗千扰能力差,检测信号不稳定检2系统结构
测项目少,仅有温度和湿度数据,系统易损坏,故障率
基于 Zigbee无线传感网络的粮情测控系统是由
高,难以适应粮仓环境;没有实现检测与控制一体化;各
大量具有环境参数检测功能的无线传感器网络节点
种系统之间不兼容,难以整合。
汇聚节点以及监控中心协调器组成的分布式系统。协
针对目前粮情测控系统在使用中存在的问题,结合
调器、汇聚节点与普通无线传感节点之间通过
《中国储备粮管理总公司2005~2010年仓储科技发展规
2 igbee无线技术实现信息交换。带有射频收发器的
划》中对粮情测控系统提出的要求。设计一种基于无线传感器节点按一定部署规则分布于仓库内,节点
lig Bee无线传感网络的粮情测控系统,通过无线方式实上的微处理器负责对环境参数进行检测、预处理并传
收稿日期:2010-09-08
送给汇聚节点。
Techniques of Woman Applications I 49
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协调器通过收集汇聚节点的相关信息,实现对粮情多个一线制传输的温湿度传感器,按照粮情测控系统要
的有效监测和控制。整个网络中的节点可以根据不同求规定,垂直间隔1.5米布置一个传感器,将电缆垂直插
粮库測控的需要设置,使系统具有极大的灵活性、兼容入储粮内,无线传感节点放置在粮面上即可。一个粮仓
性和可扩展性。此外,整个网络在结构上采用分层式结可根据实际面积和粮情测控系统在测温湿度传感器布
构,无线传感器网络采用分簇式结构。基于簇( Cluster)置水平间隔不超过5米的规定,放置多个温湿度无线传
的分层结构具有天然的分布式处理能力,簇头就是分布感节点,形成一个传感器立体网络。②气味无线传感节
式处理中心,即无线传感器网络的一个汇聚节点,每个点,安装在储粮上方,用来检测粮仓内各种气体的含量,
簇成员(仓内无线传感节点)都把数据传给簇头,数据融包括CO2,O2,PH3等。③红外无线节点,安装在粮仓内
合后直接传给隘控中心的协调器。
对粮仓内的移动目标进行监视,如老鼠、飞鸟等。④门
心
禁管理无线节点,粮仓采用门禁管理,对进入粮仓的人
拉计算
进行授权,只有符合规定的人才能进入粮仓,并可实现
对粮仓人员进出进行记录备案。③通风风机无线控制
节点,安装在通风设备上,根据监视到的温湿度、气体
仓汇聚节点
等数据判断是否开启通风机进行通风,实现自动控制
、粮仓内网络还包括一个粮仓汇聚节点,作为路由器使
用,完成对该粮仓内所有无线节点的信息传输,对无线
节点采集到的数据具有处理、储存功能,并负责将数据
仓内无线传节点
上传给监控中心的协调器。
基于 Zig Bee无线技术的粮情测控系统可以实现
点(汇聚节点)对多点(无线传感节点)、两点(汇聚节点)间
对等通信、快速组网自动配置、自动恢复,从而达到粮
图1系统结构示意图
情控系统灵活多变、网络化、无线化设计要求。
系统结构如图1所示,每个粮仓内由多个仓内无线
传感节点负责各种环境参数的检测与执行机构的控制3各节点硬件设计
工作,仓内无线传感节点作为精简功能设备(RFD),只能
仓内无线传感网络节点,需要具有小尺寸、低功
与全功能设备(FFD)仓内汇聚节点交换信息。每个粮仓耗、适应性强等特点,满足粮仓监控系统结构简单,重
内设一个粮仓汇聚节点作为全功能设备(FFD),担负路由组、安装方便的要求。这里选用TI公司的CC2430芯
的作用,负责将仓内无线传感节点的信息传递给协调片来实现,CC2430芯片沿用了CC2420芯片的构架,在
器。粮仓外部间隔一段距离布置一个仓外汇聚节点,一单个芯片上集成了 Zig Bee射频(RF)前端、内存和微控
方面负责檢测仓外环境参数,提供与仓内环境参数的比制器,是首款符合 Zigbee标准的2.4GHz片上系统
较信息;另一方面起到中继路由的作用,形成无线传感网( System on