粮仓无线温湿度传输系统的设计

粮仓无线温湿度传输系统的设计

翟瑶

辽宁工程职业学院 辽宁铁岭 112000

摘要：本文设计的粮仓无线温湿度传输系统主要由温湿度数据采集模块、无线传输模块、USB传输模块、上位机（PC机）数据处理模块、上位机之间通信模块等部分组成。

关键词：粮仓监控；温湿度采集；无线传输

本文系辽宁工程职业学院2021年度校级科学研究项目课题项目编号LGY202104“粮仓无线温湿传输系统的设计”

1. 引言

随着科技的不断发展，尤其是信息技术的飞快发展，越来越复杂的工业生产、日常生活的问题被正确合理的解决成为可能，而且使这类复杂问题的求解过程变得非常容易，这就使我们在许许多多智能化设备上看到了它们的应用，但这一切都不能没有数据采集技术的发展，它是实现状态监测、人机交互、设备控制的基础[2]。随着近些年来电子工业的发展，特别是电脑问世以后，使工业自动化程度有了较大提高。目前许多的设备都实现了自主监控和无人值班，科技的发展和实际的应用都进一步促进了数据采集技术的发展。在粮食安全管理中，常常利用PC或人工控机采集粮仓的各种数据 ，如湿度、温度、压力、重量、空气流量等。

目前，粮仓管理数据的采集、传输和数据处理已经能够实现自动化、数字化，甚至是智能化。由于粮仓的特殊性，采用人工的数据采集费工费时，因此，基于数字化的采集和数据传输系统就显得相对重要。在数据传输时，时常采用电缆和无线两种方式。由于无线方式比较灵活、安装、维护比较方便，所以采用无线方式实现数据传输比较常见。

2.系统设计

本文设计的粮仓无线温湿度传输系统主要由温湿度数据采集模块、无线传输模块、USB传输模块、上位机（PC机）数据处理模块、上位机之间通信模块等部分组成。其中温湿度数据采集模块采用数字温湿度传感器，下节点的单片机和可通过I2C总线实现温湿度信号采集和传输操作。无线传输模块采用发送芯片F05C和接收芯片J04E，数据经过编码器或译码器后以无线方式传输。上节点模块可对若干个温湿度传感器传上来的数据进行处理、控制并通过USB芯片CH372将数据上传到上位机中进行处理。上位机使用VB编程语言编写数据处理、数据收发、保存、显示等程序模块。

3.主要采用的技术：

（1）USB技术

（2）CAN总线技术

（3）无线传输技术

4.系统结构

按照系统结构层次划分，本系统的组成包含上位机系统和下位机系统。上位机主要指分布在各个粮食仓库中的PC机和粮仓主机。分布在各个粮食仓库的PC机负责收集该区域的温湿度的信息，主机的主要作用是将整个粮仓信息收集起来实现管理、保存。上位机系统采用CAN总线技术，设计PC网络，实现了通信；下位机系统由主节点电路板和从节点电路板组成。从节点利用温湿度传感器采集温度湿度信息并利用无线传输系统将数据传送给主节点，主节点接收到从节点的数据后利用USB接口传输到PC机中。因此，粮仓无线数据传输系统核心模块包括无线传输模块、USB模块、CAN模块。

主节点和从节点都配有无线传输模块，无线传输模块由发送部分和接收部分组成。以现场数据发送为例，发送部分如图1所示，通过温湿度传感器采集到温度湿度数据传送到单片机，通过编码芯片PT2262编码后通过F05C芯片发送出去。

图1发送模块

以现场数据接收为例，接收部分如图2利用J04E接收到的信号经过解码器PT2272解码后传给单片机，LCD用于显示测量结果，然后通过USB控制芯片传送到上位机。

图2接收模块

5硬件电路设计

数据传输系统的硬件电路主要包括温湿度采集电路、电源电路、无线传输接口电路、USB电路、CAN电路、显示电路、单片机核心电路等电路模块。下面简单介绍这些电路的组成。

220V交流电经外部的变压器变压后变为9V电压，与在主节点电路板上的一接口J2（如电路图3上所示）相连，+9V的交流电经过下图中的一系变化后，通过LM7805芯片将交流电转化为标准的+5V直流电压，它将较稳定的电源输入给整个主节点电路板。通过多次试验后确定了电路图中的各元器件的取值，所以该电源的电压误差仅为±0.01V，输入的电流为400mA。

图3 电源电路

主节点电路板和从节点节点电路板都是使用ATMEL的89s51作为核心处理器（如图3.4所示）。ATMEL公司的MCS—51系列微处理器是现在性能较高，并被广泛使用的8位微处理器。

单片机的问世，打破了人们的过去设计理念，以往依靠模拟电路，脉冲数字电路和逻辑部件进行实现的功能，现在均可以使用单片机来实现。使用单片机的好处是体积小，安全性高，性能价格比高和容易产品化。单片机应用以下领域: 智能化仪器仪表;机电一体化产品;测控系统;计算机网络及通信技术;家用电器89S51 作为89C51的升级产品增加的新功能包括：

（1）增加了很多功能，性能有了很大的提高，价格基本保持不变，比89C51 更低。

（2）ISP在线编程，这个优点是能够改写程序的存储器芯片内的微控制器功能不需要从工作环境剥落。是一个强大易用的功能。

（3）AT89S51的最大工作时钟频率为33MHz，也就是说，工作频率越高单片机系统执行指令的时间就越短。因此，高频的时钟频率使AT89S51具有较高的工作速度。但是一般情况下，工作频率在6M-12MHz之间比较适合。

（4）具有双工UART 串行通道。

（5）看门狗计时器直接在内部，就避免了外部连接电路

（6）双数据指示器。

（7）电源关闭标识。

（8）一个新的加密算法，这使得对于89S51 的解密变为不可能，极大地增强了程序的保密性，所以有一个有效的知识产权不被侵犯。

（9）兼容性：向下完全兼容51 全部字系列产品。早期的产品也可以正常运行。

6总结

本系统以89S51为核心部件，利用硬件分布式设计、软件模块化编程。通过传感器对粮仓温湿度数据进行采集，然后经过无线传输，传送到上节点接收端，接收端通过USB口把数据传送到上位机进行处理，并在接收端或上位机进行显示以及上位机数据通信和处理。

7.参考文献

[1]张月金,谭军.国内粮情测控系统现状及发展趋势[J].农业装备技术,2009,35(04):4-7.

[2]刘宇静.基于无线传感器网络的智能粮仓监控系统[J].粮食储藏,2008(03):30-33.

[3]张伽. USB总线数据采集系统及其无线扩展[D].华中科技大学,2006.