本系统主要针对多点环境和设备内温度、湿度的集中监控和管理，是一套可无人值所24小时不间断实时监控记录的自动化监测系统。系统能对大面积的多点的温湿度进行监测记录，并将温湿度数据实时传输到PC机上，利用系统监测软件进行数据存储与分析，并输出打印历史数据和曲线图，在设备异常情况下还以现场多媒体音响、声光报警器、电话报警、手机短信息报警、网络客户端报警等多种形式的通知相应监管人员。克服了以前靠管理人员手工检查、测量和手工计算温度值和湿度值，提高了粮仓温度和湿度除湿的检测速度和检测精度，节省了大量人力和物力，减轻了温湿度管理的工作强度，提高了管理效率。
系统基于传感技术、网络技术、信息管理技术、通信技术等先进技术为主体，按照分布式原则设计，以全数字信号进行传输，提高了系统的可靠性和可维护性。。通过我们（优度科技）的专用温湿度监测软件接收、显示、分析、监测，从而达到实时监控被测点位的温湿度环境变化。是一套可无人值所，能24小时不间断实时监控记录的自动化监测系统。
方案为分布式智能网络型监控系统（优度科技），采用硬件功能软件化的系统设计思想及系统硬件的模块化、通讯网络化设计，系统可根据需要升级软件功能与扩展硬件种类，增加监控点数量，监控软件的编制采用软件工程管理，开放性与可扩充性极强。
本系统（优度科技）能对现场温湿度环境进行数据检测、显示、记录、文档保存、打印、数据分析、设置上下线超限报警、分析报警点位及趋势曲线图等功能。监控电脑软件采用图形界面实时显示，界面可进行总貌显示、分区显示、显示各点位温湿度的每时刻的详细数据、历史温湿度曲线、可记录查找、打印各点位的温湿度数据。
系统组成
二、监测模块
功能参数：
RS485通讯接口
传感器采用瑞士盛世瑞恩（Sensirion）SHTX系列或霍尼威尔Honeywell（HS1101/HIH4000）。
SHT15型智能传感器的相对湿度测量范围是0~100％，最高精度为2％RH（SHT10为5％RH）。
温度测量范围是—40℃一十123．8℃。分辨率为0．1℃。响应时间小于3s。
三、上位机软件
1、监控界面直观显示每个监测点的名称、位置、编号、温度数值、湿度数值。
2、根据实际情况增加、修改、减少监测点的名称、位置、编号。
3、可查看每个监测点的温度/湿度等数据曲线。
4、每个监测点的采集数据实时存入数据库，可导出EXCEL表格。
5、实时记录监测点的越限记录，存入数据库，可导出EXCEL表格。
6、有监测点越限时，计算机播放声音告警。
7、邮件报警功能：每次的异常记录都通过邮件发送到负责人邮箱。
8、可选功能
（1）短信报警功能
（2）现场报警：声光报警
本设计采用89c51单片机为控制中心，该芯片具有4KB的快擦写可编程/擦除只读存储器EEPROM、256KB片内RAM、3个16位定时计数器、5个中断源，无需进行系统扩展既可满足任务要求，能较大幅度提高系统的性价比。而温湿度传感器我选用的是dht11传感器，他性价比高。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
另外该系统除了能显示温湿度以外，还能设置温湿度报警阈值。
近几年据海关统计结果显示，我国粮食进出口同比均呈下降趋势，我国粮食供求开始进入紧平衡阶段。在粮食供给能力逐渐弱化的情况下，我们必须注意到贮存粮食的科学性和有效性。贮粮仓库的现代管理也是当前粮食系统改造的重大项目之一。而在粮仓管理过程当中，最重要的是控制仓内的温度和湿度，温湿度会直接影响粮食的贮存量。而温湿度检测传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的场所进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大，因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度监测系统。
过限报警【温湿度监测系统要满足以下条件：温湿度监测系统能完成数据采集和处理、显示、串行通信、输出控制信号等多种功能。由数据采集、数据调理、单片机、数据显示等4个大的部分组成。该测控系统具有实时采集（检测粮库内的温湿度）、实时显示（对监测到的进行显示）、实时警报（根据监测的结果，超出预设定的值的进行蜂鸣警告）的功能。
传感器是实现测量首要环节，是监测系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。
2.1温湿度传感器的选择
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高
的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。
2.2信号采集通道的选择
在本设计系统中，温度输入信号为4路的模拟信号，这就需要多通道结构采用多路分时的模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为：对ADC、S/H要求高。处理速度慢。硬件简单，成本低。软件比较复杂。如图2-1所示。
最初的粮仓监测除湿系统是通过人工对粮仓内的温度和湿度进行测量和观察，采取相应的控制措施。再后来的粮仓监测系统采用有线传输方式，这两种监测系统都需要耗费大量的人力、财力和物力。针对上述粮仓监测系统出现的问题，本文在参考大量资料和剖析传统粮仓监测系统的基础上，设计了一种无线粮仓监测系统，以替代传统的有线传输系统。
随着我国经济的飞速发展，粮食储备日益增加，粮库建设对温湿度监测技术的要求越来越高。由于粮食在储藏过程中易受温度、水分等因素影响，使粮食发生霉变、虫害滋生等情况，为了确保储粮安全，需准确掌握粮食储藏过程中温湿度的实时变化，并对粮情数据进行分析，采取相应控制措施，而设计合理的粮仓监测系统可以为安全储粮提供技术保证和科学依据。最初的粮仓监测系统是通过人工对粮仓内的温度和湿度进行测量和观察，采取相应的控制措施;再后来的粮仓监测系统采用有线传输方式，这两种监测系统都需要耗费大量的人力、财力和物力。针对上述粮仓监测系统出现的问题，本文在参考大量资料和剖析传统粮仓监测系统的基础上，设计了一种无线粮仓监测系统，以替代传统的有线传输系统，系统结合了现有的多种先进技术，提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。该系统布线少、故障率低、易于维护、结构简单、成本低廉、工作稳定可靠。使粮仓监测系统朝“网络化智能监测”方向发展，即具有自动测温、数据共享等特征。
ZigBee技术概述
在ZigBee联盟的网站上有一个关于“ZigBee”名字由来的传说，大体上描述的是蜜蜂在采蜜的过程中，通过ZigZag形状的舞蹈在同伴之间交换蜜源信息，称之为“ZigBee法则”，蜂群就是通过这种法则维持生存和发展的。由于蜜蜂本身体积小，能量消耗低，采集并互相传送花粉，故ZigBee即表示一种短距离、低成本、低功耗、低速率的无线通信技术。在此之前，ZigBee亦被称作“HomeRFLite”、“RF-EasyLink”或“FireFly”无线电技术，目前统称为“ZigBee”，国内通常翻译为“紫蜂”技术。
ZigBee技术并非完全独有、全新的标准，它是在IEEE802.15.4—2003标准的基础上建立的。该标准定义了物理（PHY）层和媒体访问控制（MAC）子层；在它的基础上，ZigBee联盟提供了网络（NWK）层和应用层框架（AF）。其中应用层框架包括应用支持子层（APS）和ZigBee设备对象（ZDO），制造商定义的应用对象使用该框架，并与ZDO分享APS和安全服务[15]。
根据IEEE802.15.4—2003协议标准，ZigBee的工作频段共分为3个频段，分别为868MHz、915MHz和2.4GHz。其中，868MHz频段范围是868.0~868.6MHz，该频段上只有一个信道，调制方式是二进制相移键控（BPSK），数据传输速率为20kbit/s；915MHZ频段范围是902~928MHz，该频段上有10个信道，调制方式也是BPSK，其数据传输速率为40kbit/s；2.4GHz频段范围为2400~2483.5MHz，调制方式是偏移四相相移键控（O-QPSK），数据传输速率是250kbit/s。868MHz和915MHz属于欧洲频段，主要在美国和澳大利亚使用；而2.4GHz是全球通用的工业、科学、医学（ISM）频段，且该无线电频段不仅是免费的，而且无需申请[16，17]。根据ZigBee联盟的观点，他们开发的低成本、低功耗、双向的ZigBee标准可被嵌入在消费类电子产品、家庭和楼宇自动化、工农业控制、PC外设、医疗传感器应用、玩具以及游戏，具有非常广泛的市场应用前景。
ZigBee技术的特点
根据ZigBee技术的本质，可归纳出ZigBee具有以下几点优越特性：
1、高可靠性：ZigBee联盟在制定ZigBee规范时，针对数据在传输过程中的内在的不确定性，采取了一些措施来提高数据传输的可靠性，主要措施有：物理层兼容高可靠的短距离无线通信协议IEEE802.15.4，同时使用偏移四相相移键控（O-QPSK）和直接序列扩频（DSSS）技术；采用载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA-CA）技术解决数据冲突问题；使用16-bitCRC来确保数据的正确性；采用带应答的数据传输方式来确保数据传输的目的地址；采用网状网络尽量保证数据可以沿着不同的传输路径从源地址到目的地址。
2、功耗低：低功耗通常是针对终端设备而言的，一般情况，路由器和协调器需一直处于供电状态，只有终端设备可以定时休眠。当终端设备不需要工作，可以让其处于休眠模式，此时耗电量非常低；当其需要工作时，唤醒设备，使其处于工作状态，唤醒时间非常短，一般只需15ms。在实际系统中，终端设备对数据的采集一般都是定时采集的，就这样在工作与休眠之间交替转换，使ZigBee终端设备非常省电，通常两节普通的五号电池可支持一台ZigBee终端设备长达6~24个月的使用时间。
3、成本低：ZigBee技术可以应用于8-bit的MCU，目前TI公司推出的兼容ZigBee2007协议的SoC芯片CC2530每片价格也才20~35元，外围只需要简单的电路设计即可实现网络节点的构建，且随着半导体集成技术的发展，ZigBee芯片的体积将会越来越小，开发成本也会随之下降[19]；ZigBee的协议栈是免专利费的，开发人员可直接调用协议栈里的一些函数，缩短了开发周期，这大大降低了开发成本。
4、安全性高：为了保证数据传输的安全性，ZigBee提供了基于循环冗余校验（CRC）的数据包完整性检查和鉴权、认证功能；还可以使用AES-128加密算法对传说的数据进行加密处理，提高整个传输过程的安全性。
5、网络容量大：一个ZigBee网络理论上可支持高达个节点[20]。
总体设计方案
1.1基于zigbee的粮仓温湿度监测系统设计指标以及要求本文选取粮仓中的温度、湿度为监测对象，采用zigbee无线网络进行数据传输。为了确保监测系统数据采集的准确性和无线传输的可靠性，系统的测量参数和zigbee网络性能需要满足以下要求:
粮仓监测系统的测量参数要求如下：测量温度在40℃~123.8℃之间，测量适度范围在0~100%RH之间，分辨力分别为0.1℃和0.1%RH，允许的误差范围在±0.4℃以及3.0%RH。
1.2基于zigbee的粮仓温湿度监测系统的方案设计
基于ZigBee的粮仓温湿度监测系统主要由监测网络和信息监测管理系统(上位pc机)两部分组成，系统总体设计示意图如图1所示。监测网络是由若干个传感节点和一个汇聚节点按照一定的协议形成的无线传感器网络。传感节点放在特定的监测区域中，将采集的数据以多跳的通信方式传送到聚节点，同时能够接收汇聚节点发来相应命令。监测网络中的汇聚点接收网络内所有传感节点的信息，并将这些数据解析成帧后通过RS232串口上传至pc机监测管理系统;同时汇聚节点也能够接收pc(上位)机发来的帧，解析帧后向网络中的节点发送管理信息，完成用户自定义网络设置功能。
一、无线传感器网络节点的硬件设计
由于本温湿度测控系统的验证实验是在一个小型的粮库中进行的，组建简单的星形网络即可，不需要路由器节点转发所采集的信息。本粮仓温湿度测控系统各部分工作情况如下：
1、传感器采集节点工作过程【粮仓温湿度监测系统原代码】
首先，根据实际需求，将传感器采集节点撒布在粮仓内所需监测的区域，传感器感知并采集监控区域周围的温湿度信息，并在其内部对所采集到的温度和湿度信息进行放大、A/D转换等处理；然后，通过MCU读取传感器输出的数据，并对读到的数据进行计算处理以得到温湿度真实值；最后，将粮仓内温湿度的最终真实数据无线发送给网关。其中，为了保证数据能够顺利传送至网关，传感器采集节点在采集数据和发送数据之前，必须能够并顺利加入ZigBee网络。
2、网关的工作过程
本粮仓温湿度测控系统中的网关相当于ZigBee网络中的协调器，担负着ZigBee组网工作。各终端设备申请加入网络成功后，就可以和该网关进行无线通信。本网关接收到传感器采集节点发送过来的数据，经过相关处理后，会通过串口将这些数据传输到上位机或者通过以太网将它们传送到远程PC端，从而实现对粮仓内温度和湿度信息的监测。同时，当监测的温度或湿度值超出系统所设定值的范围，上位机或远程PC端会发送相应的控制信息给网关，再通过网关将这些控制信息无线转发给粮仓内相应的控制节点。
3、控制节点的工作过程
对于本设计中的控制节点，同样根据实际需求将其撒布在粮仓内，且在工作之前，也需要申请加入ZigBee网络。加入网络成功后，才可以实时监听无线信道上是否有网关无线发送过来的控制命令，若控制节点接收到控制命令，会立即通过控制节点中的MCU控制继电器的通断以控制粮仓内的现场调控设备（如电风扇、降温器、除湿机等），从而实现对粮仓内温度和湿度信息的远程调控。
2.1传感节点系统结构设计
2.2汇聚节点系统结构设计
ZigBee无线传感器网络中的传感节点和汇聚节点由于功能不同，所需的硬件结构也会有所不同，本文分别对传感节点和汇聚节点进行了设计。汇聚节点主要由电源模块、微处理器模块、无线通信模块组成，其系统硬件结构框图如图3所示
汇聚节点主要是接收传感网络中传感节点的信息，通过RS232串口发送给PC机上的信息监测管理系统，同时一能够接收PC机发来的帧，经解析后完成用户自定义网络的管理功能.
【声明：】本站部分内容和图片来源于互联网，经本站整理和编辑，版权归原作者所有，本站转载出于传递更多信息、交流和学习之目的，不做商用不拥有所有权，不承担相关法律责任。若有来源标注存在错误或侵犯到您的权益，烦请告知网站管理员，将于第一时间整改处理。管理员邮箱：y569#qq.com（#改@）
