CN202904341U

CN202904341U - 基于物联网的多参数粮情监测系统

Info

Publication number: CN202904341U
Application number: CN2012205544323U
Authority: CN
Inventors: 韩安太; 郭小华
Original assignee: Hangzhou Polytechnic
Current assignee: Hangzhou Polytechnic
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2022-10-26

Abstract

本实用新型涉及粮情参数监测，公开了基于物联网的多参数粮情监测系统，包括网络节点、远程监控中心和移动终端：所述的网络节点采用分簇结构，包括采集节点、簇首节点和基站节点，采集节点与簇首节点采用低速无线网络连接，簇首节点与基站节点采用高速无线网络连接。基站节点和移动终端通过GSM模块连接；通过基站节点以太网模块与远程监控中心有线连接，通过WiFi模块与远程监控中心无线连接，按本实用新型技术方案的基于物联网的多参数粮情自动检测系统，该系统充分利用无线传感器网络低成本、低功耗、自组织、鲁棒性好、灵活性强等优点。

Description

基于物联网的多参数粮情监测系统

技术领域

本实用新型涉及粮情参数监测，尤其涉及了一种基于物联网的多参数粮情监测系统。

背景技术

目前，粮食安全是关系到国计民生的战略大事，科学保粮具有重要的社会意义与经济价值。为实现科学保粮，必须对粮仓内、外环境温度、环境湿度、粮食温度、多种有害气体浓度、粮食水分、储粮害虫等粮情参数进行综合检测，以便有针对性的采取措施来减少由于粮食腐烂、霉变、虫害孳生等原因引起的损失。

粮情参数监测作为机械通风、谷物冷却、环流熏蒸、气调防治等储粮技术的运行基础，其检测方法主要有人工检测方法和自动检测方法两种。在人工测量方法中，粮库工作人员利用各种便携式测量仪器，通过定期巡视粮库并记录仪器读数，实现粮情参数的随机检测；人工检测方法的主要缺点是检测效率低，工作量大，人员素质差异容易造成测量误差，难以深入粮仓内部进行全面检测，难以对测量数据进行实时处理等。在自动检测方法中，借助各种通信网络，固定在粮库内部不同位置的智能传感器以多机通信方式实现粮情参数的远程、自动、多点测量；自动检测方法代表了粮情参数监测技术的发展方向，但从实际应用情况来看，现有粮情自动检测系统仍存在以下不足：

1）对使用CAN、RS485等有线网络的系统来说，当粮仓空间跨度较大、检测点数量较多、检测点位置经常变动时，将导致粮仓内部电缆纵横交错，造成安装、布线、供电、维护困难，使用成本增加，可靠性降低。

2）对使用ZigBee、GSM等无线网络的系统来说，受系统资源、网络带宽限制，仅能测量、传输粮食温度、粮食水分等标量数据，难以传输声音、图像、光谱形式的矢量化虫害数据。

3）现有系统功能单一，多数系统仅能测量温度、湿度参数，少数系统能测量储粮害虫、粮食水分等参数，如果需要对多种粮情参数进行检测，则需同时安装一套或几套系统，而系统间互不兼容将增加系统成本、复杂性、维护工作量，给高层管理系统设计带来麻烦。

发明内容

本实用新型针对现有技术中电缆、布线、供电、维护困难，使用成本增加，可靠性降低；难以传输声音、图像、光谱形式的矢量化虫害数据；系统功能单一的缺点，提供了一种基于物联网的多参数粮情监测系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

基于物联网的多参数粮情监测系统，包括网络节点、远程监控中心和移动终端，所述的网络节点采用分簇结构，包括采集节点、簇首节点和基站节点，采集节点与簇首节点采用低速无线网络连接，簇首节点与基站节点采用高速无线网络连接。

作为优选，基站节点和移动终端通过GSM模块连接；通过基站节点以太网模块与远程监控中心有线连接，通过WiFi模块与远程监控中心无线连接。

作为优选，所述的采集节点包括主板模块、电源管理模块、Zigbee模块、传感器接口模块和粮情参数监测传感器组，电源管理模块向主板模块、Zigbee模块和传感器接口模块供电；

簇首节点包括主板模块、电源管理模块、Zigbee模块和WiFi模块，电源管理模块向主板模块、Zigbee模块和WiFi模块供电；

基站节点包括主板模块、电源管理模块、WiFi模块、以太网模块和GSM模块，电源管理模块向主板模块、WiFi模块和GSM模块供电。

作为优选，所述的主板模块采用主频为80MHz的32位低功耗混合信号处理器PIC32MX795F512L。

作为优选，Zigbee模块通过Zigbee网络接口与主板模块连接；

WiFi模块通过WiFi网络接口与主板模块连接。

作为优选，所述的粮情参数监测传感器组通过传感器接口模块与主板模块连接，粮情参数监测传感器组包括传感器DS18B20、传感器SHT75、传感器T6004、传感器H2S/C-200、传感器4PH3-1000、传感器TDC220和传感器AWA14601，其中传感器DS18B20、传感器SHT75、传感器T6004和传感器TDC220通过聚氯乙烯绝缘屏蔽电缆连接传感器接口模块，传感器H2S/C-200、传感器4PH3-1000和传感器AWA14601通过低噪声同轴电缆连接传感器接口模块。

作为优选，所述的传感器接口模块包括16通道温度传感器接口模块、8通道粮食水分传感器接口模块、8通道声信号传感器接口模块和多通道混合传感器接口模块；

其中多通道混合传感器接口模块包含有2通道湿度传感器接口、2通道温度传感器接口、1通道二氧化碳浓度传感器接口、4通道硫化氢浓度传感器接口和4通道磷化氢浓度传感器接口。

作为优选，GSM模块通过GSM网络接口与主板模块连接。

作为优选，所述的以太网模块上安装有以太网收发器，基站节点通过以太网模块与以太网连接。

按本实用新型技术方案，设计了基于物联网的多参数粮情自动检测系统，该系统充分利用无线传感器网络低成本、低功耗、自组织、鲁棒性好、灵活性强等优点：

（1）实现了单粮仓、部分粮仓或全部粮仓内、外环境温度、环境湿度、多种有害气体浓度、粮食温度、粮食水分、储粮害虫等粮情参数的自动采集、实时传输和集中处理；

（2）用户可通过多种途径访问、查询、分析粮情数据，改变、修改系统运行状态和工作参数；

（3）系统具有较高性价比、可靠性，较强灵活性、扩展能力，较好维护性，升级、布线、供电、安装、使用方便。

附图说明

图1是本实用新型的体系结构。

图2是采集节点结构示意图。

图3是簇首节点结构示意图。

图4是基站节点机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述：

实施例1

基于物联网的多参数粮情监测系统，如图1所示，包括网络节点、远程监控中心和移动终端，所述的网络节点采用分簇结构，包括采集节点1、簇首节点2和基站节点3，采集节点1与簇首节点2采用低速无线网络连接，簇首节点2与基站节点3采用高速无线网络连接。基站节点3和移动终端通过GSM模块连接；通过基站节点3以太网模块与远程监控中心有线连接，通过WiFi模块与远程监控中心无线连接。

如图2所示，所述的采集节点包括主板模块、电源管理模块、Zigbee模块、传感器接口模块和粮情参数检测传感器组，电源管理模块向主板模块、Zigbee模块和传感器接口模块供电。

如图3所示，簇首节点包括主板模块、电源管理模块、Zigbee模块和WiFi模块；电源管理模块向主板模块、Zigbee模块和WiFi模块供电。

如图4所示，基站节点包括主板模块、电源管理模块、WiFi模块、以太网模块和GSM模块，电源管理模块向主板模块、WiFi模块和GSM模块供电。

所述的主板模块选用主频为80MHz的32位低功耗混合信号处理器PIC32MX795F512L，主板模块上可以扩展SRAM扩展、GSM网络接口、Zigbee网络接口、WiFi网络接口、以太网接口、传感器接口、FLASH存储卡插座、CAN总线接口、RS232接口、数字接口和时钟监控电路、其他通信接口。所述的Zigbee模块采用芯片MRF24J40MA，Zigbee模块通过Zigbee网络接口与主板模块连接，其中Zigbee网络接口由串行外设接口和数字接口构成；WiFi模块采用芯片MRF24W0MB，WiFi模块通过WiFi网络接口与主板模块连接；其中WiFi网络接口由串行外设接口和数字接口构成。

所述的粮情参数检测传感器组包括传感器DS18B20、传感器SHT75、传感器T6004、传感器H2S/C-200、传感器4PH3-1000、传感器TDC220和传感器AWA14601，其中传感器DS18B20、传感器SHT75、传感器T6004和传感器TDC220通过聚氯乙烯绝缘屏蔽电缆连接传感器接口模块，传感器H2S/C-200、传感器4PH3-1000和传感器AWA14601通过低噪声同轴电缆连接传感器接口模块。所述的传构成；传感器接口模块包括16通道温度传感器接口模块、8通道粮食水分传感器接口模块、8通道声信号传感器接口模块和多通道混合传感器接口模块；其中多通道混合传感器接口模块包含了2通道湿度传感器接口、2通道温度传感器接口、1通道二氧化碳浓度传感器接口、4通道硫化氢浓度传感器接口和4通道磷化氢浓度传感器接口；传感器通过传感器接口模块与主板模块连接。

所述的GSM模块选用EM770W，GSM模块通过GSM网络接口与主板模块连接，其中GSM网络接口由RS232接口和数字接口构成的；基站节点和移动终端通过GSM模块连接，基站节点和远程监控中心可以通过GSM模块连接。所述的以太网模块上安装了以太网收发器，基站节点通过以太网模块与以太网连接。所述的电源管理模块由12VDC锂电池、电源变换电路、监测电路、充电电路和保护电路构成，其中充电电路和电源变换电路包括集成电池充电和DC/DC变换功能的电源管理芯片TPS65010，监测电路包括电池电量监测芯片BQ2052，保护电路包括电池保护芯片BQ29440。

所述的主板模块可以连接温度检测系统、湿度检测系统、通风设备、报警设备和电脑。

采集节点使用各种传感器感知粮情参数并对其进行周期采样、分析，并发送到簇首节点，簇首节点接收、存储采集节点发送的采样数据包，并对其进行分析、汇总、格式转换等处理后，发送给基站节点；簇首节点接收基站节点发送的指令数据包，并根据指令内容调整分簇子网的运行状态、参数等。基站节点接收、保存簇首节点转发的采样数据包和来自远程监控中心、移动终端的用户指令，通过解析用户指令，完成上传采样数据包到远程监控中心或移动终端，调整分簇子网工作参数等操作。远程监控中心和移动终端实现人机交互，通过与基站节点通信，提供粮情数据保存、历史数据查询、粮情变化趋势分析、网络状态监控、拓扑结构查询、节点工作参数设定、故障诊断报警等功能，使得用户可全方位、实时监测粮情变化并采取适当措施。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。

Claims

1.基于物联网的多参数粮情监测系统，包括网络节点、远程监控中心和移动终端，其特征在于：所述的网络节点采用分簇结构，包括采集节点（1）、簇首节点（2）和基站节点（3），采集节点（1）与簇首节点（2）采用低速无线网络连接，簇首节点（2）与基站节点（3）采用高速无线网络连接。

2.根据权利要求1所述基于物联网的多参数粮情监测系统，其特征在于，基站节点（3）和移动终端通过GSM模块连接；通过基站节点（3）以太网模块与远程监控中心有线连接，通过WiFi模块与远程监控中心无线连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于物联网的多参数粮情监测系统，其特征在于：所述的采集节点（1）包括主板模块、电源管理模块、Zigbee模块、传感器接口模块和粮情参数监测传感器组，电源管理模块向主板模块、Zigbee模块和传感器接口模块供电；

簇首节点（2）包括主板模块、电源管理模块、Zigbee模块和WiFi模块，电源管理模块向主板模块、Zigbee模块和WiFi模块供电；

基站节点（3）包括主板模块、电源管理模块、WiFi模块、以太网模块和GSM模块，电源管理模块向主板模块、WiFi模块和GSM模块供电。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的多参数粮情监测系统，其特征在于：所述的主板模块采用主频为80MHz的32位低功耗混合信号处理器PIC32MX795F512L。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的多参数粮情监测系统，其特征在于：Zigbee模块通过Zigbee网络接口与主板模块连接；

WiFi模块通过WiFi网络接口与主板模块连接。

6.根据权利要求4所述的基于物联网的多参数粮情监测系统，其特征在于：所述的粮情参数监测传感器组通过传感器接口模块与主板模块连接，粮情参数监测传感器组包括传感器DS18B20、传感器SHT75、传感器T6004、传感器H2S/C-200、传感器4PH3-1000、传感器TDC220和传感器AWA14601，其中传感器DS18B20、传感器SHT75、传感器T6004和传感器TDC220通过聚氯乙烯绝缘屏蔽电缆连接传感器接口模块，传感器H2S/C-200、传感器4PH3-1000和传感器AWA14601通过低噪声同轴电缆连接传感器接口模块。

7.根据权利要求6述的基于物联网的多参数粮情监测系统，其特征在于：所述的传感器接口模块包括16通道温度传感器接口模块、8通道粮食水分传感器接口模块、8通道声信号传感器接口模块和多通道混合传感器接口模块；

8.根据权利要求4所述的基于物联网的多参数粮情监测系统，其特征在于：GSM模块通过GSM网络接口与主板模块连接。

9.根据权利要求4所述的基于物联网的多参数粮情监测系统，其特征在于：所述的以太网模块上安装有以太网收发器，基站节点（3）通过以太网模块与以太网连接。