粮仓无线温湿传感器系统的设计

辽宁工程职业学院 翟瑶

粮仓无线温湿传感器系统的设计

辽宁工程职业学院 翟瑶

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。这一无线温湿传感器系统可以对粮仓的温湿度实现实时监控。

无线传输；粮仓监控

1 引言

中国的耕地占世界的7%左右，养活的人口占世界22%。粮食作为我国重要的战略资源，是国民经济的基础，是关系到国计民生的大事。因此，粮食的安全、质量与数量关系到国民社会稳定和经济发展的大局。做好粮食储备工作，保证粮食的供求平衡和国家粮食安全具有重大的意义。为此设计了粮仓温湿度传输系统，以保证粮食仓储的安全。

2 系统整体设计

本文论述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，如图1所示。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。

图1

3 系统结构的设计

3.1 无线传输模块

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2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2 发送模块

以现场数据接收为例，接收部分如图3所示。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3 接收模块

3.2 USB传输模块

在USB传输模块中，本系统采用了南京沁恒生产的USB控制芯片CH372。该芯片可以和单片机连接，利用并口传送数据，然后再将数据按照USB总线协议发送给上位机。因此，该部分以CH372为核心设计硬件电路并编写主节点固件程序和上位机的驱动程序。

3.3 CAN总线

CAN总线是现场总线的一种，现在大量应用于汽车、工业生产、楼宇安全等各个领域中[1]。本文选择CAN总线网络作为上位机的数据传输网络，简单易行，开发成本低廉。为了将CAN总线引入到上位机系统中，本文选择了SJA1000芯片设计了CAN-RS232转换电路。该电路可以借助PC机的RS232通信接口，将PC机中的数据或命令从PC机中发出，然后，再将PC机发出的数据按照CAN总线协议发送给其他PC机，即可实现上位机通信。

4 系统软件设计

4.1 下位机主程序设计

本系统采用软件模块化编程，下位机软件主要分为从节点程序模块：4路温度采集模块、无线数据传输模块模块；主节点程序模块：USB上传数据模块、无线数据传输模块模块、LCD显示模块。下位机主程序工作流程如图4所示。

图4 主程序流程图

4.2 上位机程序开发

上位机主要完成两个方面的工作：一是和下位机通信实现数据的上传和处理；二是PC之间通信以及将各处粮仓的数据发送给主机。

（1）收发数据和命令

下位机将数据通过USB接口传送到上位机后，上位机需要进行数据处理；另外，上位机也可以通过界面按钮向下位机发出命令，请求仓库某个节点发送该点温度信号[2]。

（2）数据处理

粮仓温度传送系统一般需要将现场数据进行存储并显示在界面上。本系统的主要工作在于数据传送，因此，在本系统中的数据处理只是简单处理，即将数据存在一个文件中并在界面上以图文方式显示出来。

5 结论

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。对信号的采集、转换和传输尽量做到硬件电路简单、稳定，受外界环境或电磁影响较小，充分利用软件编程的优势，从而使元器件精度不够而导致的误差大大减小。

[1]张培仁.CAN总线设计及分布式控制.第1版[M].北京：清华大学出版社,2012.

[2]薛春燕.基于USB接口的计算机信息采集系统的研究与设计[D].大连海事大学硕士学位论文,2006.

翟瑶，女，1987年出生，辽宁铁岭人，本科，研究方向：工业控制、建筑工程。