一种无线粮情监控系统技术方案

本发明专利技术涉及监控系统领域，公开一种无线粮情监控系统，包括主控电路、射频电路、网络节点和上位机，其特征在于：该系统采用电池供电，通信载波频段采用433MHz，所述网络节点包括01、02、03、04四种类型。该监控系统增强了抗雷击能力，施工时只需把产品节点固定在粮仓合适位置即可，安装位置灵活，节约了电缆布线成本。低的成本和良好的性能，能够准确的采集温度湿度等粮情信息并通过433MHz频段发回数据，系统硬件平均供电寿命为5年，网络节点封装在密封盒中，能够保证节点电路不受潮湿和消毒剂熏蒸的损害，基本能够满足一般粮仓进行数据实时采集和分析的要求，因此具有良好的实用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及监控系统
，更具体地说，特别涉及一种无线粮情监控系统。
技术介绍
近年来，电系统(Micro-Electro-MechanismSystem,MEMS)、片上系统（SoC，SystemonChip）、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个自组织网络。粮食问题作为一个关系国计民生的问题在我国历来受到重视，现有的粮情监控系统绝大部分为有线方式（即供电和数据传输依靠电缆）。有线方式有其固有的缺陷，如布线复杂、易遭雷击、安装及维护成本高等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线粮情监控系统，该监控系统增强了抗雷击能力，施工时只需把产品节点固定在粮仓合适位置即可，安装位置灵活，节约了电缆布线成本。低的成本和良好的性能，能够准确的采集温度湿度等粮情信息并通过433MHz频段发回数据，系统硬件平均供电寿命为5年，网络节点封装在密封盒中，能够保证节点电路不受潮湿和消毒剂熏蒸的损害，基本能够满足一般粮仓进行数据实时采集和分析的要求，因此具有良好的实用价值。一种无线粮情监控系统，包括主控电路、射频电路、网络节点和上位机，其特征在于：该系统采用电池供电，通信载波频段采用433MHz，所述网络节点包括01、02、03、04四种类型，所述网络节点只有01和02类型网络节点上载有传感器；所述01类型网络节点连接20至40个温度传感器18B20；所述02类型网络节点载有湿度传感器HIH4000，每个粮仓只安装一个02类型网络节点；所述03类型网络节点分布于粮仓顶部，不同的03类型网络节点是依靠预先定义的节点ID相互区分的，接收中继发来的数据或发送数据给中继；所述04类型网络节点通过串口与上位机通信；所述所有网络节点采用休眠机制，未收到有效数据包时，网络节点会进入休眠状态。与现有技术相比，本专利技术主要有两个优点：1、增强了抗雷击能力，传统传感器网络是靠电缆传输数据和供电，而无线传感器网络节点采用电池供电，无线方式传输数据。2、产品施工时只需把产品节点固定在粮仓合适位置即可，安装位置灵活，节约了电缆布线成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术所述01节点的系统框图。图2是本专利技术所述系统结构框图。图3是本专利技术所述系统主控芯片与射频芯片连接的原理图。图4是本专利技术所述系统01，02节点流程图。图5是本专利技术所述系统03节点流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。参阅图2所示，本专利技术提供一种无线粮情监控系统，包括主控电路、射频电路、网络节点和上位机，其特征在于：该系统采用电池供电，通信载波频段采用433MHz，所述网络节点包括01、02、03、04四种类型，所述网络节点只有01和02类型网络节点上载有传感器；所述01类型网络节点连接20至40个温度传感器18B20；所述02类型网络节点载有湿度传感器HIH4000，每个粮仓只安装一个02类型网络节点；所述03类型网络节点分布于粮仓顶部，不同的03类型网络节点是依靠预先定义的节点ID相互区分的，接收中继发来的数据或发送数据给中继；所述04类型网络节点通过串口与上位机通信；所述所有网络节点采用休眠机制，未收到有效数据包时，网络节点会进入休眠状态。04，03，02，01四种类型网络节点，每个节点的硬件设计大体相同，不同之处在于01和02类型上载有传感器，每一个01节点通常要连接20个温度传感器18B20，02节点载有湿度传感器HIH4000，每个粮仓只安装一个02节点，中继，03和04节点不需传感器，04通过串口与上位机通信，其中01节点的系统框图如图1所示。系统框图如图2所示，04号节点是与PC相连接的数据收发节点，PC接收数据与发送命令均通过04进行，中继节点作为当通信距离较长时（超过2Km）的数据的中继，03节点分布于粮仓顶部，接收中继发来的数据或发送数据给中继，02节点为温度采集节点，01节点为湿度采集节点，02与01号节点将采集的数据发至03节点。分布于不同粮仓顶部的03节点是依靠预先定义的节点ID相互区分的。粮仓内的01和02节点视为该粮仓的03的子节点。其中，03与中继通信波特率为2400，03与01，02通信波特率为9600。本系统由于是电池供电，为了节约电能，所有传感器节点（包括中继，03，02，01）平时处于休眠状态，工作时被唤醒。系统软件设计的重点在于解决由系统休眠所导致的整个系统时间同步的问题。系统采用电池供电，为了节约宝贵的电能，延长系统寿命，本系统采用了C8051F921单片机作为主控芯片，该单片机是一款SoC单片机，除了具有传统51单片机具有的基本外设之外，片上还集成了ADC，硬件实时时钟等大量外设。该主控芯片内核采用流水线指令结构，70%的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期，是传统51内核运行速度的12倍，因此系统工作速度有很大提升。在供电方面，该单片机对正常模式下的工作电流，睡眠模式下的工作电流等参数针对低功耗应用做了相应的优化，经自行测量，系统正常工作耗电为300uA左右，休眠状态为50～100nA级别。主控芯片与射频芯片连接的原理图如图3所示。系统采用SI4432作为射频收发芯片，其使用频率范围为240MHz～930MHz，输出功率为+20dbm,接受灵敏度为-116dbm,自带发送与接受FIFO，芯片内置发送，接收，待机，休眠4种模式，其中休眠模式为低功耗设计提供了便利。芯片采用20脚的QFN封装。无线数据是以包结构发送的，每当发送一包数据或接受到一包有效数据，芯片会以中断信号的方式通MCU进行处理，其中SI4432与MCU采用SPI总线接口设计。MCU可通过SPI接口对SI4432的各项参数进行配置。为了达到理想的通信效果，在绘制电路板时，电路板天线各部分的阻抗匹配，导线宽度，过孔分布和芯片其他部分走线都严格依据产品数据手册提供的参数进行绘制。经实地自行测试，当以2400波特率传输数据时，最远无障碍距离为2000m。温度传感器采用已经应用非常广泛的自带AD转换功能的18B20，20个18B20并联后通过单总线与MCU的GPIO相连，对该芯片的数据读取遵循单总线协议，包括初始化，发送ROM命令，发送功能命令，读取数据。本次项目中20个18B20被封装在一根电缆中后被埋入粮仓中。值得注意的是每个18B20都有自己单独的出厂ID，当使用一颗18B20时，无需提供ID即可读回数据，一次使用多颗时，须先测出每颗18B20的出厂ID，才能在单总线上互相区分各个传感器。湿度传感器采用霍尼韦尔的HIH4000，模拟输出，送至MCU的IO口后进行AD转换。为了节约宝贵的电能，节点采用了休眠机制。当节点从上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线粮情监控系统，包括主控电路、射频电路、网络节点和上位机，其特征在于：该系统采用电池供电，通信载波频段采用433MHz，所述网络节点包括01、02、03、04四种类型；所述网络节点只有01和02类型网络节点上载有传感器；所述01类型网络节点连接20至40个温度传感器18B20；所述02类型网络节点载有湿度传感器HIH4000，每个粮仓只安装一个02类型网络节点；所述03类型网络节点分布于粮仓顶部，不同的03类型网络节点是依靠预先定义的节点ID相互区分的，接收中继发来的数据或发送数据给中继；所述04类型网络节点通过串口与上位机通信；所述所有网络节点采用休眠机制，未收到有效数据包时，网络节点会进入休眠状态。

【技术特征摘要】
1.一种无线粮情监控系统，包括主控电路、射频电路、网络节点和上位机，其特征在于：该系统采用电池供电，通信载波频段采用433MHz，所述网络节点包括01、02、03、04四种类型；所述网络节点只有01和02类型网络节点上载有传感器；所述01类型网络节点连接20至40个温度传感器18B20；所述02类型网络节点载...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉环，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45