车载果蔬监控系统设计

杨帆 刘智

摘  要：针对我国城市果蔬配送过程中对于车载环境难以实时监控、配送损耗大的问题，研究了基于ZigBee的车载果蔬监控系统。系统主要由传感器模块、协调器模块、电源模块和现场显示部分构成，传感器模块主要由多个温湿度传感器构成，协调器模块使用CC2591芯片与CC2530芯片相连，并为CC2591芯片设计了新的巴伦电路增强传输增益，电源模块使用太阳能-锂电池双能供电。系统采用ZigBee技术组网，将传感器所采集的数据经协调器处理转发至驾驶室LCD显示屏，根据果蔬需求温湿度，通过继电器控制风机和雨淋阀。冷藏车的规格长约7.2米，宽约2.3米，高约2.7米，设计的系统完全满足实际需求，实现对车载环境温湿度的实时控制。

关键词：果蔬配送;传感器;ZigBee

Abstract：In view of the difficulty in real-time monitoring of on-board environment and large distribution loss in the process of urban fruit and vegetable distribution in China，the ZigBee-based on-board fruit and vegetable monitoring system is studied. System is mainly composed of sensor module，the coordinator module，power module and the display parts，sensor module is made up of multiple temperature and humidity sensor，the coordinator module uses CC2591 chip connected with CC2530 chip，and designed for the CC2591 chip enhanced transmission gain new balance circuit，power supply module using solar-lithium battery can double power supply. The system uses ZigBee technology to form a network. The data collected by sensors are processed by coordinator and forwarded to the LCD display panel of cab. According to the temperature and humidity of fruit and vegetable，the fan and rain valve are controlled by relay. The specifications of the refrigerated vehicle are about 7.2 meters long，2.3 meters wide and 2.7 meters high. The designed system fully meets the actual needs and realizes the real-time control of the temperature and humidity of the vehicle environment.

Keywords：fruit and vegetable distribution;sensor;ZigBee

0  引  言

隨着我国经济的快速发展，果蔬配送已然成为了现代城市居民新的现实需求。以武汉市为例，果蔬用量稳定增长，2018年前三季度果蔬用量达到了599.67万吨。蔬菜属于鲜活易坏产品[1]，对于运输环境的要求比较高。目前我国物流配送企业在果蔬配送上以货车冷链配送为主，但由于配送体系建设尚未完善，在配送过程中的损耗高达25%-30%[3]。徐安琪[2]等人提出加强技术支撑，提升果蔬在配送中的储存和保鲜水平，但没有给出具体的技术方案。针对我国果蔬配送业配送损耗大的问题，设计了基于ZigBee的蔬菜车载果蔬监控系统，将多个传感器节点置于车厢内，通过ZigBee自组网将所采集的车厢温湿度信息上传至驾驶室的LCD显示屏，在配送过程中根据实际情况控制风机和雨淋阀的开关，从而达到实时调控车厢环境、减少运输损耗的目的。

1  系统总体设计

针对现代冷藏车的规格设计了系统，系统总体设计如图1所示，整个系统由传感器终端节点、协调器节点、现场显示部分构成。四个传感器节点分布在车厢环境内，进行数据的采集，同时，将采集的信息通过ZigBee网络发送到协调器节点并最终在LCD显示屏上实时更新。用户可通过控制继电器发送控制命令，完成对风机与雨淋阀的调节，实时的对车载温湿度环境调控。

2  硬件设计

2.1  温湿度采集节点设计

数据采集节点负责感知区域内的数据信息的采集和发送，利用DHT11温湿度传感器与CC2530芯片相连完成车载温湿度数据的采集和发送。其电路图及连接图如图2所示。

2.2  协调器设计

协调器是整个系统的核心，完成对ZigBee网络的组建管理，以及对数据的接收处理和转发。协调器以CC2530芯片为核心，通过RXD和TXD完成数据的接受和发送，加入两个分别为32MHZ和32.768KHZ的晶振，前者确保了系统的实时性，后者则为系统提供了休眠与唤醒功能，有效降低了系统功耗。原理图如图3所示。

在整个网络中，协调器负责整个网络的组建和通信，需要较大的发射功率，因而加入一个CC2591芯片增加射频信号强度，同时，为CC2591设计了新的巴伦电路，如图4所示，经仿真测试，此时差分信号的相差较小，具有很好的幅度和相位平衡，信号损耗较小，传输增益接近1，从而很好的保障了传输质量。

2.3  电源模块设计

电源模块负责系统供电，电源模块采用太阳能、电池双能供电，同时，加入放电保护电路，避免锂电池过放电，通过DC-DC转换电路提供3.3V的电压输出为协调器提供稳定的工作电压，如图5所示。

3  系统软件设计

3.1  无线传感器节点程序

无线传感器网络节点程序设计主要包含两个主要部分，车载环境温湿度数据采集和发送。系统上电后，初始化后会自动搜索和加入ZigBee网络，完成数據的采集和发送。当系统没有发送指令时，传感器节点会周期性的完成温湿度数据的采集工作，且驾驶室的LCD显示屏会对数据进行实时更新。当有按键事件时，系统会进入到按键中断子程序，传感器节点程序如图6所示。

3.2  协调器程序设计

ZigBee网络的组建是依靠API函数进行的，首先系统调用初始化函数AsmpleAPP_init（）进行初始化，利用ZDO网络建立函数，确定网络ID和信道，最终完成ZigBee网络的建立。在本系统中，加入一个LED指示灯，方便确认是否组网成功。当ZigBee网络建立后，LED指示灯闪烁，周期性的在一定范围内探查终端设备，如果探查到新设备会将这个节点加入到网络中，并为其配置节点地址，其组网流程图如图7所示。

4  系统调试与结果分析

利用设计的温湿度传感器终端节点和协调器节点构成了整个测试系统，实物连接图如图8所示，完成协调器与终端的配置，上电组网，可以通过观察LED灯的点亮判断组网成功。在调试中，成功完成了对温湿度的测量，协调器的LCD显示屏上能够实时显示所采集的数据，且数据更新速度迅速。同时，用风扇模拟电机，通过按键可以控制继电器，以此来达到控制风机和雨淋阀的，调试结果如图9所示。系统在无障碍物的情况下有效距离可达到50米，有障碍物的情况下也可达到15米左右，完全达到了设计的要求。

5  结  论

车载蔬菜监控系统能够实时的对车载环境进行监控。系统加入了太阳能供电，有效减少了维护成本，通过改良的CC2591芯片增强了系统的数据传统效率，通过ZigBee网络将冷藏车内的设备联系在一起，并将其采集到的数据信息通过LCD显示屏实时显示，强化了人的实时调控作用。系统实现了传感器与协调器的数据传输，同时，在传输效率上进行了加强。经测试，此系统的有效传输距离完全能够满足配送车的要求，在冷冻、潮湿环境下依然可以正常工作，该系统可广泛应用于车载运输环境监控领域，增加数据采集节点，可以实现更多的监控功能，同时，可以通过其他无线传输方式将数据上传至上位机，达到远程控制的效果，从而进一步对系统进行优化。

参考文献：

[1] 木薇.现代电子商务生鲜农产品物流发展模式研究 [J].科技经济市场，2018（12）：157-159.

[2] 徐安琪，潘经强.国内蔬菜批发市场配送模式探讨 [J].合作经济与科技，2019（4）：94-96.

[3] 杨阳，王海文，曾庆鑫，等.浅析自种有机蔬菜城市配送实施策略 [J].吉林工程技术师范学院学报，2018，34（5）：79-82.

[4] 冯晓春，胡祥培.蔬菜B2C直销中基于批配送模式的拣货方案序贯求解方法 [J].运筹与管理，2018，27（11）：1-9.

[5] 杨帆，向延红，郑纯典，等.楼宇末级配电设备群的控制器设计 [J].华中科技大学学报（自然科学版），2017，45（6）：43-47.

[6] 杨帆，幸志伟，郑心妍.基于楼宇配电设备节点的通信策略的研究 [J].武汉理工大学学报，2016，38（4）：96-100.

[7] 杨帆，程雯，夏亦冰，等.多传感器信息融合测控体系在温室测控中的应用研究 [J].武汉理工大学学报，2011，33（9）：156-159.

作者简介：杨帆（1966-），女，汉族，湖北武汉人，研究生导师，二级教授，硕士，研究方向：测量控制技术;刘智（1993-），男，汉族，湖北武汉人，在读研究生，研究方向：测控技术与智能仪器。