引 言

隨著社會的不斷發(fā)展及人口數(shù)量激增，糧食已成為關(guān)系國計民生的重要產(chǎn)品。成品糧倉儲是糧食物流的重要環(huán)節(jié)。為保證成品糧安全，需要周期性檢測倉庫多位置的溫度、濕度數(shù)據(jù)。近年來，由于傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、集成電路技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)也漸漸出現(xiàn)了豐富的數(shù)字傳感器配套產(chǎn)品，技術(shù)比較成熟，使監(jiān)測系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于物流倉儲等方面，成品糧倉儲監(jiān)測技術(shù)的研究在軟硬件等方面都取得了很大進展 [1,2]。

傳統(tǒng)的倉儲糧溫濕度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要分為有線與無線兩種。對于大型的成品糧庫，有線方式受布線、安裝等條件所限應(yīng)用受到較多限制?，F(xiàn)有大型倉儲系統(tǒng)布點的監(jiān)測只采用有線方式無法完成，因此基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為倉儲系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢[3]。

本文基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供了一種成品糧倉儲環(huán)境溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，并配合插補算法計算所監(jiān)測到現(xiàn)有數(shù)據(jù)的均值得出變量的缺失值，繪制溫濕度曲線，實現(xiàn)倉儲環(huán)境溫濕度監(jiān)測，保證數(shù)據(jù)的實時性和可靠性。

1 監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1 監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

成品糧倉儲溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)包括上位機與下位機兩部分。基于上位機使用 Qt 平臺進行軟件系統(tǒng)開發(fā)，并與數(shù)據(jù)庫連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。下位機由溫濕度無線傳感器節(jié)點組成，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的采集，并傳輸?shù)缴衔粰C。系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。

1.2 監(jiān)測系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

成品糧溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)軟件由數(shù)據(jù)采集與存儲、溫濕度實時監(jiān)測、過限報警、歷史查詢和溫濕度場擬合五個子系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)功能的實現(xiàn)有利于倉儲的現(xiàn)代化管理，提高了倉儲環(huán)境監(jiān)測的效率、實時性與準確性。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。

2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)硬件

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點基于ZigBee 協(xié)議，采用ATmel 公司的ATmega1281V 微處理器和AT86RF 射頻傳輸芯片，具有128 KB Flash 存儲器，無線傳輸速率可達 2 Mb/s。監(jiān)測系統(tǒng)由 8 個溫濕度傳感器節(jié)點與一個匯聚節(jié)點構(gòu)成，溫濕度傳感器使用SHT10。

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

無線傳感器匯聚節(jié)點通過串口與上位機連接。上位機部分軟件要對采集的數(shù)據(jù)進行校驗，校驗無誤后對有效字段進行提取，提取的信息包括溫度、濕度和節(jié)點信息，并在實時監(jiān)測界面顯示，存儲到數(shù)據(jù)庫中。如果溫度超限，系統(tǒng)會報警提示。實時監(jiān)測界面如圖 3 所示，界面運行流程如圖 4 所示。該監(jiān)測系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的查詢與曲線分析，界面分別如圖 5、6 所示。

圖 5 歷史數(shù)據(jù)查詢

在成品糧倉庫中，溫濕度場的分布對安全儲藏影響較大， 然而在實際情況中傳感器布置不可能無限布點，溫濕度分布在空間范圍內(nèi)不會躍變，因此可以采用插補方法[4]，通過有限點擬合溫濕度的分布。均值插補算法以總體的平均值作為該變量所有缺失值的替代值，經(jīng)計算，以總體均值替代全部缺失值， 通過計算現(xiàn)有數(shù)據(jù)的均值就可以得出變量的缺失值，在算法的實踐中也較容易。因此在監(jiān)測系統(tǒng)中采用均值插補獲取溫濕度的分布。溫濕度在倉內(nèi)縱向分布擬合如圖 7所示。

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的成品糧倉儲環(huán)境溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)測試，成功運行。

結(jié) 語

本文設(shè)計了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的成品糧倉儲環(huán)境溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，完成了成品糧庫溫濕度數(shù)據(jù)的實時采集、存儲與顯示，并能夠進行超限報警、歷史數(shù)據(jù)查詢與曲線分析，同時為獲得溫濕度分布采用插補方法對溫濕度數(shù)據(jù)進行擬合，該系統(tǒng)運行成功，為成品糧安全儲藏提供了有效的監(jiān)測手段。