多点无线温湿度实时监测

周敏

摘 要：我国是一个粮食大国，而储存粮食的仓库的温湿度则直接影响储存粮食的质量，如果温湿度达不到要求就会引起粮食的变质，给国家的经济带来损失，因此科学有效的监测粮库的温湿度变化是非常必要的。本文主要提出了一种和粮食存储有关的温湿度监测技术，主要思想是利用无线通信来实时监测粮仓温湿度变化。本设计采用温湿度传感器SHT11来实现对粮库温湿度的采集，采用低功耗的MSP430单片机控制，数据传输的采用nRF905模块无线通讯方式，利用RS-485实现单片机与PC机之间的通信。

关键词：粮库监测 无线通信 温湿度传感器 RS-485

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

1 研究背景及意义

我国是一个粮食大国，粮食的储存量非常大，在储存粮食方面，一般都是用仓库来存储粮食。在存储粮食的过程中易受到天气等自然因素的影响，而在这些因素中，两个主要因素是温度和湿度。在正常情况下，粮食的含水量在12%以下为安全状态，不会导致温度的变化，但是如果粮库的含水量超过20%，粮食由于受潮，新陈代谢会加快导致粮食温度发生变化，致使粮食生虫，发生霉变等，这将会造成粮食的大量浪费，给国家经济带来巨大损失。因此，如何监测粮仓的温湿度变化防止粮食的浪费就显得尤为必要了。

传统的粮库温湿度监测方法主要有2种：一是利用手持式温湿度测量仪器进行人工监测，由于我国粮食的存储量极大，因此该方法存在工作量大、效率低等缺点；二是在我国，大多数的粮仓还是采用有线方式来进行监测，这就需要铺设大量电缆，这就存在布线困难，信息分散，不易管理等缺点。

在计算机技术、无线通信技术、传感器技术不断发展的今天，大多数产品都趋于智能化，传统的监测方法已经不再适用了，其正在逐步被智能高效的监测系统所取代。智能高效的监测系统一般采用传感器实现对温湿度的采集，通过无线通信的方式实现数据的传输，利用单片机实现控制。为此，研究与设计以单片机为控制核心，基于温湿度传感器和无线通信的监测系统，对粮库各个地方的温度及湿度变化情况进行实时监测，一旦发现异常现象便可发出警报，通知人们及时处理，有效提高工作效率和减少事故发生有着重要的实际推广价值和理论研究意义。

2 系统设计

无线通信的粮仓监测系统由上位机模块和下位机模块两个部分组成，其中上位机模块包括数据集中器和上位机，下位机模块是指粮仓各个地方的温湿度传感器。数据集中器是一个小型无线网络，由粮仓各个地方的温湿度传感器连接组成。数据集中器主要由处理器、无线收发模块等部分组成，实现温湿度数据存储、接收、发送数据、发送命令等功能，并且通过RS485总线与上位机进行通信，实现读取数据并进行显示与控制等。

2.1 主控电路

本系统选用MSP430F149作为主控制器。MSP430F149是一种由TI公司推出策新型混合信号处理器，采用了最新低功耗技术，其工作电流在0.1-400 pA 之间，它没有什么外围模块，而是将这些大量的外围模块整合到芯片内，因此适合于开发和设计单片系统。

MSP430F149单片机具有低电压、超低功耗的特点。MSP430F149之所以具有很高的精度是在于它具有12位的模数转换器，这使得它比其它产品更为优越。而且MSP430F149有两通道串行通信接口，可用于与计算机进行异步或同步串行通信。

2.2温湿度采集电路

温湿度采集电路的核心器件是SHT11芯片。SHT11采用了CMOSENS技术，其可靠性与长期稳定性比其它产品要好。SHT11的总线接口是IIC总线接口，它的CRC传输校验比较可靠，抗干扰能力强，无需外围原件，小体积，低功耗等特点。

传感器SHT11具有多种功能，如温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转换等。该芯片由一个湿度敏感组件和一个温度敏感组件所构成。传感器SHT11检测到的信号由这两个敏感组件转换成电信号。为了将电信号转换为数字信号输出，转换后的电信号必须先进入信号放大器进行放大，然后已经放大的信号再进入A/D转换器，最后为了将信号输出为数字信号必须通过二线串行数字接口。

SHT11的SCK 用于微处理器与STH11 之间的通讯同步，为了将数据读取出来，SHT11采用了DATA 三态门。DATA的状态发生改变是由于 SCK 时钟到达下降沿造成的，并且其有效性仅在SCK 时钟处于上升沿时才存在。此外，只有当SCK处于高电平时DATA数据线上传输的数据才有效。

2.3 无线数据传输电路

为了将数据进行无线传输，数据传输模块采用的是nRF905芯片。它的工作电压在1.9-3.6V之间，总共有32个引脚，采用了QFN封装。它有3个ISM工作频道，分别是工作433/868/915MHz，有512个通讯频道，这些通讯频道可用于多点通讯、分组、跳频等，有4个发射功率，可分别设置为：10dBm、6dBm、-2dBm和-10dBm。nRF905有SPI接口，这个接口包括5个寄存器，工作时需要对其进行配置，进行什么操作可由一条SPI指令来决定。SPI接口激活是由于其处在掉电状态和Standby状态下造成的。nRF905在工作时为了将数据发送出去，需要利用MSP430通过SPI总线在待机状态下把需要发送的数据放入发送数据寄存器中，一次最多只能装入32 B。而且CPU为了接收有效数据，必须通过SPI总线将nRF905内部接收数据寄存器中数据读出，只有当这一过程执行完才表示CPU已经接收到有效数据了。

2.4 单片机与PC机之间的通信

由于单片机与PC机之间存在一定的距离，一般的通信就不能满足要求，这时就需要使用RS-485通信。为了提高其抗工模干扰能力，RS-485采用了平衡发送和差分接收两种方式。RS-485由于采用半双工工作方式，使得RS485存在一定的缺陷，即不能同时收发，工作效率不是特别高。采用RS-485通信时可以省掉许多信号线，因此用于多点互连时非常方便。

3 结束语

本文提出了一种基于无线通信的粮仓温湿度监测系统，并就其总体设计思想进行阐述，给出了粮仓无线通信温湿度监测系统的总体框架，在此基础上提出了可行的设计方案。在现实生活中，无线通信的粮仓温湿度监测系统有着重要的作用和实际意义。

参考文献

[1] 苑瑞林 浅谈无线传感网温湿度控制系统在粮仓中的应用及意义[J]鹤壁职业技术学院 2012（23）

[2] 王美红 封白涛 多点无线温湿度实时监控系统的设计与实现[J] 泰山学院2009（33）