存儲溫濕度控制的物聯(lián)網(wǎng)技術論文范文

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1系統(tǒng)概述

煙葉倉庫根據(jù)類型不同，面積大小不一(標準庫每層面積在120m2）。煙葉包通常打包為80×60×40cm3，煙葉堆的堆疊大小沒有明確限定，通常不高于2m，煙葉堆之間預留至少2m的通道。根據(jù)煙葉倉庫的堆放格局，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術的煙葉存儲溫濕度控制系統(tǒng)電氣布置如圖1所示，系統(tǒng)由3部分組成：射頻傳感標簽、閱讀控制器和煙葉存儲上位機監(jiān)控平臺。射頻傳感標簽由兩部分組成：固定在電氣外包裝頂端的射頻標簽和固定在傳感軸上的溫濕度傳感器。射頻標簽設置在頂端可以有效避免干擾和物理機械損傷，用于獲取位置和時間信息，并進行射頻通信。傳感器通過電氣連接線連接，用于獲取每一個煙葉堆中心軸的溫濕度分布。閱讀控制器通過有線和無線方式完成射頻傳感標簽與上位之間的數(shù)據(jù)通信。煙葉存儲監(jiān)控系統(tǒng)的上位機采用PC機，完成信息通信、數(shù)據(jù)分析處理等功能。

2射頻傳感模塊

射頻傳感模塊各個功能組成采用分離放置，通過接地固定底座和電氣外包裝固定，經(jīng)電氣連接線完成布局布線。如圖1所示，距離地面最近的一個溫濕度傳感器與地面距離為20cm，高度低于2m的溫濕度傳感器以50cm的間距布局，其主要依據(jù)是煙葉包的大小及溫濕度控制需求。煙葉包將圍繞著每一個煙葉堆放中心軸進行堆放，通過射頻技術完成對每一個煙葉堆中心軸的溫濕度采集，以確定是否存在安全隱患。

2.1模塊硬件設計射頻傳感模塊由射頻模塊(nRF24LE01)、溫濕度傳感模塊(SHT75)及外圍電路組成，分為四個功能模塊：微處理器(8051內(nèi)核)、射頻模塊(nRF24L01+)、溫濕度傳感模塊(SHT75)和電源管理模塊。nRF24LE01提供2.4GHz無線收發(fā)模塊(nRF24L01+)和微處理器(增強型8051內(nèi)核)完成數(shù)據(jù)處理和射頻通信，其μm級CMOS工藝滿足系統(tǒng)模塊設計需要[3]。溫濕度傳感器采用集成一體化傳感器SHT75，相較于其他溫度傳感器(如DS18B20)，該傳感器的優(yōu)勢在于具備通過傳感標簽I/O端口識別傳感器功能，在更換傳感器是不需要重新定位寫入地址[4]。

2.2模塊軟件構(gòu)架射頻模塊nRF24LE01提供了增強型8051單片機完成對溫濕度數(shù)據(jù)的接收和處理后，送入A/D轉(zhuǎn)換模塊，完成數(shù)據(jù)打包，然后經(jīng)nRF24L01+射頻模塊完成發(fā)送，發(fā)射配置流程圖如圖2所示。模塊基于C語言進行模塊化軟構(gòu)建開發(fā)，射頻收發(fā)模式采用EnhancedShockBurstTM模式，進行4種工作模式、6種狀態(tài)的調(diào)配，狀態(tài)圖如圖3所示。

3閱讀器設計

閱讀控制器射頻模塊采用nRF24LE01，與射頻傳感標簽的軟構(gòu)建復用。微處理器選擇MSP430F449，MSP430F449提供A/D轉(zhuǎn)換模塊，通過SPI串口與nRF24LE01進行信息通信。

3.1閱讀控制器的拓撲結(jié)構(gòu)設計大型煙草倉庫會有不同類型的煙葉倉庫組群而成，且倉庫之間、倉庫與監(jiān)控中心之間都有一定的傳輸距離。為了降低數(shù)據(jù)傳輸干擾，提供數(shù)據(jù)處理效率，系統(tǒng)閱讀控制器采用2層網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

3.2閱讀控制器的MultiCeiver模式設計nRF24LE01提供MultiCeiver接收模式，可連接6路獨立的并行數(shù)據(jù)通道，每路數(shù)據(jù)通道都能夠完成增強型shockburst功能，每個數(shù)據(jù)通道有固定的物理地址，如表1所示[5]。

4溫濕度控制平臺設計

上位機基于VS平臺、C#語言，結(jié)合GDI+圖像處理功能與數(shù)據(jù)庫管理技術，完成6大功能模塊設計，提供實時數(shù)據(jù)串口通信、監(jiān)測數(shù)據(jù)接收、存儲，以及溫度值超限報警等功能。通信模塊：提供串口參數(shù)設置及串口通信功能。監(jiān)測控制：提供監(jiān)測方式選定(系統(tǒng)提供了測試數(shù)據(jù)自動定時上傳、手動控制上傳、預警過渡區(qū)上傳等方式)、監(jiān)測方式轉(zhuǎn)換、監(jiān)測啟止控制等功能。顯示控制：系統(tǒng)提供監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫顯示、二維曲線顯示、三維曲線顯示。該模塊提供了不同模式的選擇、切換等功能。數(shù)據(jù)管理：該模塊完成上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)保存和處理，并提供本地報表生成、本地報表上傳等功能。預警、報警程序：根據(jù)溫度預警區(qū)間值，提供預警、報警功能。冗余接口模塊：該模塊基于軟構(gòu)建設計思路，系統(tǒng)采用模塊化設計，并預留模塊端口提供與煙草系統(tǒng)其他平臺和功能模塊的通信、升級和移植設計。

5結(jié)語

本文進行了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的煙葉存儲溫濕度控制系統(tǒng)設計，根據(jù)煙葉倉庫的布局、煙葉堆放和溫濕度控制需求，進行了煙葉堆溫濕度射頻傳感模塊的布局設計，完成了煙葉存儲溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的射頻傳感標簽、閱讀控制器和上位機監(jiān)測系統(tǒng)的設計。將物聯(lián)網(wǎng)技術引入煙葉存儲過程具有其他溫濕度監(jiān)控技術所無法比擬的優(yōu)勢，為煙草業(yè)智能控制的物聯(lián)網(wǎng)化提供了很好的技術路線。本文得出了以下結(jié)論：1）射頻技術引入煙葉存儲控制確實可行，將工人從經(jīng)驗判斷和繁重的人工操作解放出來。2）物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的射頻與傳感技術的融合性得以驗證。3）通過本課題研究，為煙草業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)技術化發(fā)展提供了很好的理論依據(jù)和技術融合方向。本研究還處于初級階段，下一階段的研究工作體現(xiàn)在：1）進行反復試驗，進一步完善射頻及傳感模塊的布局布線設計。2）通過針對煙草倉庫的不同需求及實地測試，進一步完善閱讀控制器的拓撲空間設計。

作者：蔡思靜單位：福建工程學院信息學院