CN205027451U - 基于物联网的粮仓温度监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的粮仓温度监测装置，包括上位机管理系统，为电子计算机，放在监控中心主要负责对整个粮情进行监控和管理，以及对下位机进行控制；中位机转接单元，用于对命令和数据进行存储转发，并进行数据流流向的逻辑判断，相当于一个中继器；粮仓温度采集单元，用于完成对某座粮仓温度值的采集并将采集的参数值送出；温度传感器，用于测量粮仓内的温度数据。本实用新型系统无须对仓房进行改造，同样能实现快速，准确的计算机粮情数据采集，实现数据库记录保存和分析处理，提供保粮决策依据；系统将实现无线的计算机数据采集，布线短、节点少、不易受干扰。线路也比较稳定，熏蒸损坏也很轻微，大大降低了布线难度和费用。

Description

基于物联网的粮仓温度监测装置

技术领域

本实用新型涉及粮仓温度监测领域，具体涉及一种基于物联网的粮仓温度监测装置。

背景技术

“国以民为本，民以食为天”，这说明粮食对国家的重要性，粮食储备的安全关系着国家的安稳.粮食通常集中存放在粮库中，粮库中一般的粮仓就可存放数千吨的粮食，而且这些粮食存放的时间有长有短.为了保证粮食在仓房存储期间不致腐烂变质，就必须使仓房内粮食的温度保持在一定数值之下.所以采用先进的科学技术来实时监测粮仓的温度，确保粮食储藏的安全，降低储藏的成本，延缓粮食品质变化将有十分重要的意义。

另外，随着粮食产量的增加，储粮设备也越来越趋向大型化发展，现代的粮食储存都采用直径达几十米的钢板仓或水泥仓。根据国家粮食保护法规定，必须定期抽样检查粮库各点的粮食温度，以便及时采取相应的措施。但大部分粮库目前还是采取人工测温的方法，这不仅使粮库工作人员工作量增大，且工作效率低，尤其是大型粮库的温度检测任务如不能及时、彻底的完成，则有可能会造成粮食大面积变质。针对这一情况，国家近年来投入巨资对部分国有大型粮库进行了计算机化的改造，但在数据传输方式上仍然采用的是传统布线方式的粮情测控方案，粮仓与监控中心大多采用RS-485等有线连接的数据通信方式，连线繁多、远程通信困难；当一个节点出现问题时就可能影响整个系统的顺畅.不利于粮仓的监控与管理。现在，可通过无线物联网络传输信息，把粮食管理部门所属企业全部联通起来.各企业内部通过zigbee数传模块把其所有通过各种传感器得到的数据采集回来.及时集中上报粮食管理部门就可实现随时监控。

根据目前我国采用的这种粮库粮仓温度测控系统所面临的问题，并考虑到目前我国的国情及粮食存储工作的特点，本实用新型将要研究的是一种全新模式的“基于物联网的粮仓温度监测系统”。该系统主要完成对存储粮食的温度参数进行采集、存储和向监控中心传送数据以及执行监控中心的指令等功能，在设计中提出了一种新型的多点无线测温方法，利用物联网技术思想，将分散在各个粮仓内部的温度感知设备联成网络，实时采集联粮仓内的温度数据。本测温系统具备粮仓温度自动测量、无线传输等功能，具有一定的应用价值。对降低粮食储藏损失、保障粮食安全、增加农民收入、促进社会主义新农村建设起到了重要作用。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于物联网的粮仓温度监测装置，实现了科学储粮及粮仓管理自动化，对于粮情测控系统的改革和发展具有一定的参考价值。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

基于物联网的粮仓温度监测装置，其特征在于，包括

上位机管理系统，为电子计算机，放在监控中心主要负责对整个粮情进行监控和管理，以及对下位机进行控制；

中位机转接单元，用于对命令和数据进行存储转发，并进行数据流流向的逻辑判断，相当于一个中继器；

粮仓温度采集单元，用于完成对某座粮仓温度值的采集并将采集的参数值送出；

温度传感器，用于测量粮仓内的温度数据；多个临近的粮仓温度采集单元为一组构成zigbee区域网，由一中位机转接单元管理，一上位机管理系统监控管理，粮仓温度采集单元与中位机转接单元之间、中位机转接单元与上位机管理系统之间均采用无线通讯方式；粮仓温度采集单元与温度传感器之间采用有线连接方式；1台上位机用户监控画面可以监控管理32台中位机；一台中位机可监控管理32台下位机；一个下位机可以连接256个温度传感器；所述中位机转接单元包括zigbee模块、GPRS模块、蓄电池、DC-DC转换模块和微控制器，蓄电池输出电压经过DC-DC转换处理后与中位机其他所有模块相连为它们提供电能；zigbee模块和GPRS模块分别和微控制器相连；所述粮仓温度采集单元由控制内核、下位机zigbee模块、声光告警单元和直流电源依次连接而成，直流电源与下位机所有组成部分相连为它们提供电能；下位机zigbee模块与控制内核相连；声光告警单元与控制内核相连。

作为优选，所述的温度传感器采用DS18820，安装在相应的粮仓内，具有测温精度高，测温范围宽的特点。

作为优选，所述的温度传感器采用1-Wire总线技术，将地址线、数据线和控制线合并为一根信号线通过下位机传感器接口与控制内核进行信息通讯。温度读取、温度测量和温度设置等所需的能源也都可以在数据线上获取而无须另加电源。一台下位机可以连接256个DS18B20传感器，每个传感器的1管脚和3管脚与地(GND)相连，每个传感器的2管脚通过一个电阻接到同一根连线上，并连接到下位机的传感器接口上。

通常，当用户需要查看某个粮仓的温度数据时，就在上位机管理系统的用户界面上输入该粮仓的ID号，然后上位机管理系统机发出读温度数据命令，此命令通过无线GPRS网络传给中位机，它将收到命令通过无线物联网络下传至某个粮仓温度采集单元，最后粮仓温度采集单元将温度传感器采集到的温度数据回传给上位机管理系统完成应答。当出现报警时，用户这时候需要查看报警粮库、粮垛的具体数据时，就在上位机管理系统的用户界面上输入该粮仓的ID号，这样命令就直达出现报警的下位机获得历史数据信息以便操作员确认处理。

本实用新型具有以下有益效果：

系统无须对仓房进行改造，同样能实现快速，准确的计算机粮情数据采集，实现数据库记录保存和分析处理，提供保粮决策依据；(2)系统将实现无线的计算机数据采集，布线短、节点少、不易受干扰。线路也比较稳定，熏蒸损坏也很轻微。特别是粮食进出仓时测温网络不易被破坏，大大降低了平时的维护费用安全性，灵活性大为提高，降低系统的造价；(3)系统采用最新的IC器件，仪器可靠性增加，集成度高，安置灵活，可拆卸，降低系统维护费用；(4)采用无线的数据采集和处理，减少了人工，提高了粮食系统的劳动生产率。(5)1一Wire总线技术大大降低了布线难度和费用。

附图说明

图1是整体系统组成。

图2是中位机转接单元(简称中位机)的内部结构图。

图3是粮仓温度采集单元(简称下位机)内部结构图

图4是传感器连接图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-4所示，本实用新型新型实施例提供了一种基于物联网的粮仓温度监测装置，包括

上位机管理系统，为电子计算机，放在监控中心主要负责对整个粮情进行监控和管理，以及对下位机进行控制；

中位机转接单元，用于对命令和数据进行存储转发，并进行数据流流向的逻辑判断，相当于一个中继器；

粮仓温度采集单元，用于完成对某座粮仓温度值的采集并将采集的参数值送出；

温度传感器，用于测量粮仓内的温度数据；多个临近的粮仓温度采集单元为一组构成zigbee区域网，由一中位机转接单元管理，一上位机管理系统监控管理，粮仓温度采集单元与中位机转接单元之间、中位机转接单元与上位机管理系统之间均采用无线通讯方式；粮仓温度采集单元与温度传感器之间采用有线连接方式；1台上位机用户监控画面可以监控管理32台中位机；一台中位机可监控管理32台下位机；一个下位机可以连接256个温度传感器；所述中位机转接单元包括zigbee模块、GPRS模块、蓄电池、DC-DC转换模块和微控制器，蓄电池输出电压经过DC-DC转换处理后与中位机其他所有模块相连为它们提供电能；zigbee模块和GPRS模块分别和微控制器相连；所述粮仓温度采集单元由控制内核、下位机zigbee模块、声光告警单元和直流电源依次连接而成，直流电源与下位机所有组成部分相连为它们提供电能；下位机zigbee模块与控制内核相连；声光告警单元与控制内核相连。

所述的温度传感器采用DS18820，安装在相应的粮仓内，具有测温精度高，测温范围宽的特点。

所述的温度传感器采用1-Wire总线技术，将地址线、数据线和控制线合并为一根信号线通过下位机传感器接口与控制内核进行信息通讯。温度读取、温度测量和温度设置等所需的能源也都可以在数据线上获取而无须另加电源。一台下位机可以连接256个DS18B20传感器，每个传感器的1管脚和3管脚与地(GND)相连，每个传感器的2管脚通过一个电阻接到同一根连线上，并连接到下位机的传感器接口上

本具体实施，参见图1，首先系统要进行组网，同时为了便于对粮仓温度数据的管理本实用新型采用分区域管理，以临近的多台粮仓温度采集单元(简称下位机)构成zigbee区域网，然后按下位机的地址将其加入到该区域网路中，中位机转接单元(简称中位机)只处理属于网内的下位机发来的数据。一个区域网内下位机可以有多个，每个下位机有唯一的地址，通过多点对一点的通讯方式与中位机通讯。下位机将从温度传感器中取得温度数据进行简单的软件滤波后，再传送到中位机。中位机需要唯一的地址，其功能是接收、存储及转发下位机发来的数据。为了提高传输效率，确保通信的可靠性，特为此制定了一个无线通信协议，下位机每10秒采集一次数据，但不是每10秒向中位机发送一次数据，如果所监测点的温度或温度的变化速率不超过规定的范围，则下位机每二十分钟向中位机发送一次数据，一旦所监测点的温度超过规定的温度或者是温度变化的速率超过规定的范围，则下位机的发送周期立即缩短为每一分钟发送一次，直至温度恢复正常。

上位机管理系统一般都放在室内，这使得上位机管理系统与中位机转接单元(简称中位机)有了一定的距离，这时需要使用GPRS即通用分组无线服务技术，它具备传输距离远、传输速率高的特点。上位机管理系统完成显示、报警、打印、历史数据记录和再现报表等功能。系统软件可以在显示器上开多个显示窗口，各窗口中同时显示不同的实时更新的内容。一旦出现异常，立即报警并明确指出哪个粮仓出现异常。运行人员在监测系统运行的同时可以设置运行参数。粮仓温度监控系统的使用最终是要面向用户的，因此用户监控软件的开发将决定系统能否方便高效的运行。本设计用VC编写上位机用户监控画面，画面美观，运行可靠。由于采用标准的图形用户接口，操作十分方便、直观

参见图2，中位机转接单元(简称中位机)一般都放在室外，从而增大无线网络覆盖的距离，它需要唯一的地址，其功能是接收、存储及转发温度采集器发来的数据并对数据进行简单的处理后储存在存储器中以备用，随时接受上位机管理系统的调用。为了提高传输效率，确保通信的可靠性，在中位机与上位机管理系统采用GPRS通讯方式可实现远距离数据传输，与粮仓温度采集单元(简称下位机)采用物联网无线数据近距离传输方式。图2中GPRS模块外形小巧，内部集成了TCP/IP协议，最快达到171.2Kbps，具有射频天线、本地SIM卡连接及RS232/RS485串口等接口，可采用内部扩展的AT指令进行操作，功能强大且开发简单。图中Zigbee模块则应用了无线传感器网络的新技术。它是一种短距离、低速率无线网络技术，通过节点跳转方式组成网络，达到交换信息的目的。图2中微控制器的主要功能是管理GPRS模块与zigbee模块，主要完成温度数据的接收、处理，然后进行数据的发送等工作。实用新型中采用MSP430系列微控制器，它具备超低功耗、强大的处理能力、丰富的片上外围模块、系统工作稳定的优点。

中位机采用微功耗技术，蓄电池供电，具备低功耗、低成本、低复杂度、高速率的优点，无需外接电源线，大大减少了布线成本。蓄电池经过DC-DC模块转换后为整个中位机系统提供电能。整体中位机的设计在保证系统低功耗的同时也可以保证系统的快速响应性，这也正是本实用新型的特点所在。同时抗干扰能力强、体积小、重量轻、安装方便。采用耐腐蚀的工程塑料外壳，保证系统能在恶劣环境下正常工作。

参见图3，粮仓温度采集单元(简称下位机)的作用之一就是将温度传感器送到的温度数据进行简单的软件滤波后，再传送到中位机。作用之二是进行组网，物联网络是此监控系统的关键环节之一.主要采用分布式结构，每台下位机就相当于一个无线网络节点，经多跳转发通过网关接入网络。物联网粮仓智能控制系统主体结构为蜂窝型.下位机、中位机与上位机管理系统构成闭环控制系统。作用之三是现场声光报警，由图3中的“声光报警模块”完成，当粮仓温度超过警戒值的时候，下位机蜂鸣器工作，LED指示灯闪亮。作用之四是现场温度显示，该功能由图3中的“显示模块”完成，该模块采用LCD作为温度显示器，用点阵图形来显示字符，内部的控制器共有11条控制指令，采用5V电源供电，显示的对比度根据环境采用电位器可调。考虑到实际应用性，在每间仓库公用一个显示器，显示的温度采用循环方式，每个测点数据显示间隔默认为2s。管理人员可以在现场直接看到粮仓中的温度数据，直观方便。

下位机的“传感器接口”与分布在粮仓中的温度传感器相连接，其作用是接收来自温度传感器的数据并将“控制内核”的指令发送到各个温度传感器。“控制内核”同中位机一样采用都是MSP430系列微控制器，“下位机zigbee模块”也同中位机所采用的zigbee模块一样，这里不再重复介绍。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.基于物联网的粮仓温度监测装置，其特征在于，包括

上位机管理系统，为电子计算机，放在监控中心主要负责对整个粮情进行监控和管理，以及对下位机进行控制；

中位机转接单元，用于对命令和数据进行存储转发，并进行数据流流向的逻辑判断，相当于一个中继器；

粮仓温度采集单元，用于完成对某座粮仓温度值的采集并将采集的参数值送出；

温度传感器，用于测量粮仓内的温度数据；多个临近的粮仓温度采集单元为一组构成zigbee区域网，由一中位机转接单元管理，一上位机管理系统监控管理，粮仓温度采集单元与中位机转接单元之间、中位机转接单元与上位机管理系统之间均采用无线通讯方式；粮仓温度采集单元与温度传感器之间采用有线连接方式；所述中位机转接单元包括zigbee模块、GPRS模块、蓄电池、DC-DC转换模块和微控制器，蓄电池输出电压经过DC-DC转换处理后与中位机其他所有模块相连为它们提供电能；zigbee模块和GPRS模块分别和微控制器相连；所述粮仓温度采集单元由控制内核、下位机zigbee模块、声光告警单元和直流电源依次连接而成，直流电源与下位机所有组成部分相连为它们提供电能；下位机zigbee模块与控制内核相连；声光告警单元与控制内核相连。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的粮仓温度监测装置，其特征在于，所述的温度传感器采用DS18820，安装在相应的粮仓内。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的粮仓温度监测装置，其特征在于，所述的温度传感器采用1-Wire总线技术，将地址线、数据线和控制线合并为一根信号线通过下位机传感器接口与控制内核进行信息通讯。