探究基于无线传感器网络的粮库监测系统

【摘  要】随着时代的发展，为了更好的实现对粮仓的数字化建设和管理，采用先进的技术是非常重要的，不仅可以有效的构建无线传感器和相关网络，也可以有效的实现粮仓温度和湿度的自动监测。在实际的使用中，通过设计可以实现对传感器节点设计，有效的汇聚相关的节点，这样不仅更好的调度传感器的节点和休眠，还可以可靠的实现传输，有效的保证系统的可靠性。

【关键词】无线传感器网络;粮库监测系统

引言

我国是人口大国，粮食问题是非常重要的，所以为了更好的完善粮库智能化管理，我国的粮食管理部门出台了许多政策。当前应当充分发挥互联网的作用，有效的加强智能粮库的建设，这样才可以更好的适应时代发展需求。由于我国有大量的储备粮食，对于这些粮食的管理，应当具有一定的先进性，通过运用先进的技术，才可以更好的保证粮食的安全，从而实现信息化管理。

1.系统的总体设计分析

根据相关的标准规定，在建设粮食储备库时，应当依照一定的建设标准进行，其中主要有粮仓和控制室构成。控制室就是控制中心，主要是负责发送监控命令的，用来接收各自粮仓的相关信息。由于粮仓是系统的主要监控对象，所以在监控的过程中要特别注意。在通常情况下，一般大型粮库和中型粮库，都会设置多个存储仓库，但是主要是由单个粮仓作为测量的基本单位，这样便于最后的整体数据融合。在每个粮仓中，要布置多个传感器节点，这样可以有效的成为一个汇聚節点。对于单个粮仓内部，可以运用一些结构来对节点进行布置，这样的好处就是，当其中一个传感器节点出现问题时，不会影响整个系统，也不会造成很大的影响。一般情况下整个系统应当分为三层，这样就可以在最上层作为远程服务监控中心，主要是负责接收相关的节点数据，为客户提供数据平台，同时也可以发布监测命令。在系统的中间层，主要是汇聚节点，负责收集相关的子网数据，并且负责与上层进行通信。对于系统的最底层，主要是各种传感器的节点，负责数据采集工作，并将这些数据进行传递。

2.对通信协议进行设计

2.1关于帧格式的定义分析

关于通信协议的性能方面，主要是决定了整个网络的性能以及生命周期，基于相关的协议，可以有效的解决节点竞争问题，从而解决数据碰撞的问题。这样的方式可以在一定程度上，降低网络的消耗，采用信标帧的方式，可以实现整个网络的相关粗粒时间同步。关于节点之间的通信，数据时通常都是以包为单位传输的。一般情况下协议采用的数据帧有两种格式。首先，是信标帧。这主要是由汇聚的节点发出的，用于簇间同步和簇内同步时使用。这种帧主要是用于传感器节点的簇内时间，但是要注意同步，尤其是簇间时间的同步以及长度的固定问题。在实际的操作中，由于信标帧是广播发送的，所以帧中的地址和字节是汇聚节点的。对于帧的有效负载问题，是由帧的类型和序号来组成的。帧序号主要是用来表示汇聚节点发送的问题，通过节点可以发送新一轮的信标帧，这个信标帧主要是显示帧所在的位置。其次，是数据帧。这主要是用于节点之间传送数据的，是由簇内的节点和簇首的节点发出的，是传感器的节点向汇聚的节点发送的，但是数据帧长度不固定。

2.2时间同步的问题

在相关的汇聚节点，在广播发送簇内信标帧时，所有的簇内节点在接收信标帧后会立即休眠。但是各个簇中的节点，会根据接收到的信标帧信息设定休眠时间，然后逐步唤醒要采集的数据，并发送不同的簇首，簇间时间的同步是由信标帧和簇首节点决定的。簇间同步的方法，主要与簇内的同步方法相似，对象是作用于簇首的。时间同步时，由汇聚的节点通过广播发送。

2.3关于软件设计

在簇首的节点上进行微控制，主要是通过控制器来初始化来完成。运用各种图形化的编程方法，可以最简单直观的进行显示，从而可以通过集成仪器采集和控制，也可以进行数据分析，对于结果的输出和用户界面功能进行相关设置。在实际操作中，要充分地利用计算机的硬件和软件资源，这样才可以有效的实现了技术化，从而最大限度的降低成本，也在一定程度上，增强了系统的功能和灵活性。在编程的时候，也要注意编写好系统，应当具有那些实时数据的采集功能，还有实时控制和故障报警设置。在对面板进行设置时，要注意人机交互的问题，主要是用来显示结果和各种控制按钮，要注意接口连接问题，这是因为程序的功能，都是通过窗口来实现的。为了保证系统的安全，系统可以通过用户名和密码来限制登录，只有进入到主界面时，才可以相关的操作。而系统主要是用来显示温度和湿度的，这样就可以实时的显示当前粮仓的温度和湿度。然后运用相关的软件来采集相关的数据，并对这些数据进行储存。在实际工作中，为了更好的实现数据连续采集，应当采用循环的结构和程序，但只是做相关必要的数据处理。对于只存放的数据和只读取的数据要注意配合，这样就才可以实现有限存储，并且进行连续的数据传输。关于数据的读取速度，应当不比采集设备的缓冲区存在的数据慢，这样才可以保证系统的连续运行。在实际的操作中，为了可以有效地对不同的粮库进行操作，要对控制界面进行快速切换。监控界面应当设置成可以手动设置温度和湿度的限制，当对温度和湿度进行读取时，出现超限情况指示灯应当进行报警。设置手动自动开关，可以对通风设备进行实时的启动和关闭，这样才可以更好的对温度和湿度控制。

2.4关于硬件部分的设计

关于硬件设计，主要有几个方面。（1）上机位设计。对于上机位要选用普通的计算机，主要是用来监测网络系统的，同时也应用于参数设置和粮库状况查询。在数据处理和保存以及粮食情况分析等方面，要有超限实报警功能，也要有报表打印的功能。同时也要能实现多台下位机的通讯，这样就可以对多个粮仓进行检测和控制。（2）下机位设计。在现场数据采集和控制系统就是下机位，主要的功能就是采集各种粮库的温度和湿度，还有气味和进行红外线检测等信息，然后根据得到的信息发送控制命令，通过控制命令来控制现场的通风和摄像设备。（3）温度传感器选择。一般情况下，测温的范围是负五十五度到一百二十五度之间，所以选择的传感器，要具有一定的测温精度，而且也要注意时间转换和传输距离等问题，同时也应当具有较强的抗干扰性，只有这样的传感器，比较适合在恶劣的环境下进行温度测量。第四，湿度传感器选择。要选择精度较高的湿度传感器，在实际的工作中，要将湿度转换为模拟的信号，在经过输出以后，转换为电压信号。湿度传感器的精度要求是较高的，只有这样才可以在进行测量时，确保结果的稳定可靠，而且也要注意使用寿命的问题，这样才能更好地对粮仓情况进行测量。

3.结束语

在实际工作中，将传感器网络应用于粮仓监测，是可以有效的实现对温度和湿度的自动监控管理。这些系统可以减少布点和现场布线复杂的情况，有效的解决粮库监控问题。这种技术目前广泛的应用到工业检测领域，将其用于粮库监控，可以有效地提高粮库的管理和监测。

参考文献

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[3]夏振华，陈跃东，陈孟元.基于C/S构架的无线传感器网络在粮库监测系统中的研究[J].安徽工程大学学报，2019，01：54-57.

作者简介：伯天江（1987.05-），男，辽宁沈阳人，本科，汉族，中级职称，研究方向为粮食工程。