浅析无线传感器网络在粮库监测系统中的应用

唐黎标

一、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的构成。控制室是无线传感器网络系统设计的重点，因为它是整个控制的中心。控制室的任务是给粮库发送监控命令，同时用来接收粮库里的相关信息。一般来说，为了准确检测到粮库中的相关信息，大型粮库和中型粮库需要设置多个存储仓库，这些存储仓库需要布置多个传感的节点。控制室可以把每一个传感节点的信息进行汇聚处理。在设计的时候，要注意对单个粮仓内部运用一些结构来对节点进行布置。这样一来，即使其中某个传感器节点出现问题，也不会影响整个系统，避免产生大的影响。[1] 一般来说，无线传感器网络系统分为三层，最上层为远程服务监控中心，其主要任务是接收其它传感节点的数据，如果发现异样的情况，可以随时发布监测命令。而在系统的中间层，一般设计成收集相关数据的子网数据，主要作用是负责与上层的通信任务。在无线传感器网络系统的最底层，主要是各种传感器的节点，负责数据的采集，并将这些数据进行传递。

二、对通信协议进行设计

（一）关于帧格式的定义分析

关于通信协议的性能方面，它的作用在于决定了整个网络的性能。对于通信协议的设计，主要是为了有效解决节点的竞争问题。因为节点的竞争会引起数据的碰撞，从而影响数据传递与准确性。另外，通信协议的设计可以降低网络的消耗。在通信协议的设计时，我们通常采用信标帧的方式，信标帧是无线局域网中定期发送的一个管理帧，通过信标帧可以实现整个网络的时间同步。在对通信协议进行设计时，因为信标帧是广播发送的，所以，一定要注意信标帧的有效负载问题。此外，还要注意信标帧的序号问题，因为序号负责汇聚节点的发送，通过节点可以发送新一轮的信标帧。其次，是数据帧。这主要是用于節点之间传送数据的，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。

（二）时间同步问题

时间同步也是无线传感器网络系统设计时不可忽视的一环，无线传感器网络系统通过通信协议完成相关的汇聚节点。当广播发送簇内信标帧时，系统簇内接收到信标帧后会进入休眠状态。因此，在系统内各个簇中的节点需要设定它们的休眠时间，这样就可以唤醒我们要采集的数据，并发送不同的簇首。

（三）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，可以最简单直观地进行显示，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，这样才可以有效地实现技术化，从而最大限度地降低成本，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，才可以进行相关的操作。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对这些数据进行储存。[2]  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。监控界面应当设置有可以手动设置温度和湿度的功能，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，这样才可以更好地对粮仓中的温度和湿度控制。

（四）关于硬件部分的设计

关于硬件设计，主要有以下几个方面。一是上机位设计。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;二是下机位设计。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、湿度、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;三是温度传感器选择。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，才能在恶劣的环境下进行温度测量; [3] 四是湿度传感器的选择。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。湿度传感器对精度的要求是较高的，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。

三、结语

在实际工作中，将传感器网络应用于粮仓监测，是可以有效地实现对粮仓中温度和湿度的自动监控管理，并有助于减少布点和现场布线复杂等情况，能有效地解决粮库监控问题。这种技术目前广泛地应用于工业检测领域，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：

[1]刘宏杰. 无线粮情监测系统设计[D].河南师范大学，2019（12）：63-65.

[2]房亚群，王新胜，孙俊玲.基于无线传感器网络的粮库监测系统设计与实现[J].河南工业大学学报（自然科学版），2018（06）：111-113.

[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.

（作者单位：杭州市食品有限公司）