CN201966963U

CN201966963U - 粮库环境监测系统

Info

Publication number: CN201966963U
Application number: CN2011201106823U
Authority: CN
Inventors: 高超; 杨乐
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2021-04-15

Abstract

一种粮库环境监测系统，包括数个传感器节点、汇聚节点和后方监控平台，所述传感器节点处设置有处理器模块、传感器模块、无线通讯模块和电源模块，所述传感器节点处的处理器模块分别与传感器节点处的传感器模块、无线通讯模块和电源模块相连，控制其它各个模块工作；所述汇聚节点处也设置有处理器模块、通讯模块和电源模块，所述汇聚节点处的处理器模块分别与汇聚节点处的通讯模块和电源模块相连。本实用新型的设计，实现了对粮库环境的自动监测，节省了粮食部门人力、物力和财力资源的开销，粮库内采用无线传输方式减轻了布线开销，也避免了鼠虫对电线的破坏。

Description

粮库环境监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种监测装置，尤指一种应用与于粮库的环境监测装置。

背景技术

传统的粮库环境监测，由粮站工作人员将安装有测量设备的长杆，插入粮堆中，以监测不同位置、不同高度的环境数据，根据测量的数据判断粮食是否有虫害、发酵或者发霉现象，此方法需要耗费大量的人力、物力和财力，并且无法随时随刻测量环境数据。随着电子技术的发展，自动化程度的提高，有些粮库采用有线控制方式，通过在粮库不同位置安装环境监测装置，自动监测粮库环境，但这种有线控制方式需要布线，不但增加了布线成本，还造成了监测局限性，电线也易遭到鼠虫的破坏。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出的一种便于粮站工作人员监测粮库环境数据，实现了对粮库环境的自动监测。

本实用新型通过以下技术方案实现实用新型目的：

一种粮库环境监测系统，其特征在于：包括数个传感器节点、汇聚节点和后方监控平台，所述传感器节点处设置有处理器模块、传感器模块、无线通讯模块和电源模块，所述传感器节点处的处理器模块分别与传感器节点处的传感器模块、无线通讯模块和电源模块相连，处理器模块控制其它各个模块工作；所述汇聚节点处也设置有处理器模块、通讯模块和电源模块，所述汇聚节点处的处理器模块分别与汇聚节点处的通讯模块和电源模块相连。所述传感器节点分别安装在监测杆的上、中、下位置，监测杆由粮站工作人员部署在监测区域，用于监测粮食不同高度的环境参数。处理器模块是传感器节点处的核心模块，用于执行指令、对采样数据进行分析和处理。所述传感器模块分别与处理器模块、电源模块相连。用于采样粮库内环境数据，并将采样数据发送给处理器模块。

所述汇聚节点处设置的通讯模块包括有线通讯和无线通讯两种方式，汇聚节点通过无线通讯方式与传感器节点建立通讯连接，向传感器节点接收和发送数据，传感器节点通过多跳中继方式将监测数据传输到汇聚节点；汇聚节点通过有线通讯方式，与后方监控平台建立连接，向后方监控平台接收和发送数据。传感器节点通过无线通讯模块接收汇聚节点发送的控制命令，并将控制命令交由处理器模块分析和处理；传感器节点通过无线通讯模块将采样的环境参数，发送至汇聚节点，由汇聚节点通过有线网方式将监测信息传送至后方监控平台。

所述电源模块分别与其它各个模块相连，为其它各个模块提供工作电压。无线传感器节点采用电池供电，设计过程中为了尽可能降低功耗，选用了低功耗器件。

所述后方监控平台，由一台PC机构成，在PC机上安装有粮库监测装置的监控程序。后方监控平台将采样的数据进行分析处理，以图形化界面显示给用户。并且将数据进行备份，以便日后的分析处理。一个粮站有多个粮库，每个粮库安置一个汇聚节点。

实用新型的优点：

本实用新型的设计，实现了对粮库环境的自动监测，节省了粮食部门人力、物力和财力资源的开销，粮库内采用无线传输方式减轻了布线开销，也避免了鼠虫对电线的破坏。无线传感器节点的设计，实现了对粮仓内部不同位置环境参数的全方位测量。传感器节点通过多跳中继方式将监测数据传送到汇聚节点，最后通过有线方式将监测信息传动到后方监控平台。后台的监控平台对采样数据进行分析，及时采取处理措施减少了对粮食造成的损害。

附图说明：

图1粮库环境监测系统的工作示意图

图2粮库环境监测系统--传感器节点硬件框图

图3粮库环境监测系统--汇聚节点硬件框图

具体实施方式：

一种粮库环境监测系统，包括数个传感器节点、汇聚节点和后方监控平台，传感器节点处设置有处理器模块、传感器模块、无线通讯模块和电源模块，传感器节点处的处理器模块分别与传感器节点处的传感器模块、无线通讯模块和电源模块相连，控制其它各个模块工作；汇聚节点处也设置有处理器模块、通讯模块和电源模块，所述汇聚节点处的处理器模块分别与汇聚节点处的通讯模块和电源模块相连。传感器节点通过多跳中继方式将监测数据传输到汇聚节点，在本实用新型设计过程中，为了尽可能减少功耗，延长电池使用时间，采用低功耗设计模块，芯片采用低功耗芯片。不需要发送数据的时候，关闭无线通讯模块，软件设计采用中断方式唤醒，降低功耗。传感器节点处设置的处理器模块分别与无线通讯模块、传感器模块和电源模块相连。处理器模块接收传感器模块采集的数据，对数据进行分析和处理，并将处理后的数据通过无线通信模块发送到汇聚节点。传感器节点处的处理器模块采用MSP430芯片，该芯片具有功耗低、抗干扰性强的优点。它具有5种编程的工作模式，其中活动模式下工作电流仅需280μA，LPM4模式下仅需0.1μA。MSP430内部具有44KB的Flash存储器和10KB的RAM，满足该系统的容量需求。另外，MSP430具有丰富的外设接口，便于用户扩张。

传感器节点处的传感器模块主要用于监测粮库内的温度和湿度，安装在检测杆上、中、下位置，检测杆由长形不锈钢管构成，内部采用空心设计。粮站工作人员将安装有传感器的检测杆部署在监测区域，测量粮堆内部不同高度的环境参数。传感器模块芯片选用SHT10单芯片温湿度传感器，该芯片具有一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D转换器和串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。SHT110的SCK管脚与主控模块MSP430的I/O口P21管脚连接，用于处理器模块与传感器模块5之间通讯同步；SHT110的DATA管脚与处理器模块MSP430的I/O口P20管脚连接，用于数据读取。

传感器节点处设置的无线通讯模块采用zigbee芯片CC2420， CC2420无线射频芯片是chipcon公司开发的符合zigbee标准的2.4GHZ射频芯片。它是一种近距离、低功耗、低成本的无线网络技术，主要用于近距离传输。ZigBee的工作频段分为3个，其中2.4GHZ频段上，分为16个信道，该频段为全球通用的工业、科学、医学频段，该频段为免付费、免申请的无线电频段。传感器节点处的处理器模块通过SPI接口与CC2420交换数据、发送命令，处理器模块MSP430工作在主模式，无线通讯模块CC2420工作在从模式。CC2420的SPI接口由CSn、SI、SO和SCLK引脚组成，分别于MSP430的SPI接口的STE0、SIMO0，SOMI0，UCLK0连接，通过这四个引脚传送和接收数据。无线通讯模块CC2420的 SFD、 FIFO、 FIFOP、和CCA 4个引脚，分别于处理器模块Timer Capture、GIO0、Interrupt、GIO1管脚连接，处理器模块可以通过这四个引脚查询数据发送状态。

传感器节点处的电源模块采用2节干电池供电，在本实用新型设计过程中，为了尽可能减少功耗，延长电池使用时间，采用低功耗设计模块，芯片采用低功耗芯片。不需要发送数据的时候，关闭传感器节点处的无线通讯模块，软件设计采用中断方式唤醒，降低功耗。

一个粮站有多个粮库，每个粮库安置一个汇聚节点。汇聚节点负责接收传感器节点采集的环境参数，并通过有线方式将接收到的监测数据传送至后方监控平台。汇聚节点处设置有处理器模块、无线通讯模块、有线通讯模块和电源模块。

汇聚节点处设置的处理器模块分别与汇聚节点处的无线通讯模块、有线通讯模块和电源模块相连。处理器模块采用ARMS3C2410芯片，这是一款32位RISC处理器,它的内核是基于ARM920T,带有MMU功能。外扩了大容量存储器，并带有精确的时钟电路。根据设计需求对Linux2.4.18内核和U-boot1.1.14进行了裁剪，并将内核和BootLoader移植到开发板上。

汇聚节点通过无线通讯方式与传感器节点建立通讯连接，向传感器节点接收和发送数据。汇聚节点处的处理器模块工作在主模式，无线通讯模块工作在从模式，无线通讯模块选用CC2420芯片。汇聚节点处的处理器模块芯片S3C2410有2组SPI，在本系统设计中，使用的是SPI0。CC2420的SPI接口由CSn、SI、SO和SCLK引脚组成，分别于S3C2410的SPNSS0，SPIMOSI0、SPIMISO0,SCLK0连接。S3C2410通过SPI接口访问CC2420内部寄存器和存储器， CC2420分别接收来自S3C2410的片选信号和时钟信号，并在S3C2410的控制下执行输入\输出操作。CC2420的 SFD、 FIFO、 FIFOP、和CCA 4个引脚，分别于S3C2410的4个GPIO口连接，表示收发数据的状态。汇聚节点处的处理器模块可以通过这四个引脚查询无线通信模块的工作状态。

汇聚节点通过有线通讯模块与后方监控平台建立连接，向后方监控平台接收和发送数据。本实用新型设计过程中，选用以太网DM9000m芯片。该芯片是一款成本低廉的单一快速以太网控制芯片，具有通用的处理器接口，10/100M自适应。4K双字节静态存取存储器，低功耗、高处理性能。有线通讯模块DM9000的DEN（地址允许）是输入引脚片选信号，与处理器模块S3C2410的NGCS1相连，有线通讯模块DM9000的IOR（输入输出读）、IOW（输入输出写）管脚分别与处理器模块S3C2410的nOW、nOE相连。DM9000命令类型选择引脚CMD由S3C2410的地址线ADDR控制，CMD=1，选中数据端口，CMD=0，选中地址端口。有线通讯模块DM9000的INT0（中断）管脚与处理器模块外部中断EINT0管脚相连。

汇聚节点处的电源模块分别与汇聚节点处的其它各个模块相连，为其它各个模块提供工作电压。汇聚节点分别需要+5V，3.3V，1.8V三种电源，多路电源通过逐次降压的方法获得。首先将输入的电网电源通过变压器降压整流，使用LM2676开关电源得到+5V电压。选用LDO（低压差线型稳压器）电源转换芯片，将+5V的电源分别经过LT1764A_3V3芯片转化为3.3V电压，3.3V电压再经过TPS76718QD芯片转化为1.8V电压。在正常状态下由电网的提供电力，当外来供电中断时，蓄电池继续为设备供电。当恢复供电以后，会切换到电网供电，并且为蓄电池充电。

后方监控平台安装在粮站的值班室，由一台PC机构成，通过有线网接收汇聚节点发送的数据。PC机上安装有监控程序，采用VC++语言开发。后方监控平台将采样的数据进行分析处理，以图形化界面显示给用户。并且将数据进行备份，以便日后的分析处理。

描述本实用新型创造的工作原理及工作过程。

工作原理：粮库环境监测系统包括多个传感器节点、汇聚节点和后方监控平台。粮库工作人员将多个传感器节点部署在监测区域，通过传感器节点采集粮库环境参数。传感器节点通过无线通讯连接将环境参数发送至汇聚节点。汇聚节点接收多个传感器节点的数据，并通过有线通讯方式将数据传输到后方监控平台。后方监控对采样数据进行分析和处理，并对数据进行备份。

工作过程：一个粮站具有多个粮库，每个粮库部署一个汇聚节点，粮站的值班室部署一个监控平台。粮库工作人员将安装有传感器节点的监测杆，部署到需要监测的位置。传感器节点每隔半小时采集一次环境参数，并将环境参数通过无线通讯模块发送至粮库汇聚节点。若粮库环境参数发生显著变化，也会随时唤醒无线通讯模块发送数据。汇聚节点通过有线网与后方监控平台建立连接，随时将环境数据发送至监控平台。后方监控平台对数据进行处理，以图形化界面显示给用户，便于用户分析，并对数据进行备份。

Claims

1.一种粮库环境监测系统，其特征在于：包括数个传感器节点、汇聚节点和后方监控平台，所述传感器节点处设置有处理器模块、传感器模块、无线通讯模块和电源模块，所述传感器节点处的处理器模块分别与传感器节点处的传感器模块、无线通讯模块和电源模块相连，控制其它各个模块工作；所述汇聚节点处也设置有处理器模块、通讯模块和电源模块，所述汇聚节点处的处理器模块分别与汇聚节点处的通讯模块和电源模块相连。

2.如权利要求1所述的粮库环境监测系统，其特征在于：所述汇聚节点处设置的通讯模块包括有线通讯和无线通讯两种方式，汇聚节点通过无线通讯方式与传感器节点建立通讯连接，向传感器节点接收和发送数据，汇聚节点通过有线通讯方式，与后方监控平台建立连接，向后方监控平台接收和发送数据。

3.如权利要求1所述的粮库环境监测系统，其特征在于：所述的电源模块分别与其它各个模块相连，为其它各个模块提供工作电压。