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基于无线传感器与射频SOC nRF9E5的粮情检测系统

蓝会立?? 张认成?? 毛思文?? 华侨大学 机电及自动化学院?? 2012年09月04日 ?? 收藏0
1 引言

粮食温度检测技术是我国粮食储藏的4 大技术之一,它可以动态监测仓库粮食温度变化情况,为粮食的储藏安全提供了重要保障。由于储备库的特殊环境条件:粮食出入库时,系统部分模块(主要是传感器模块)要拆卸和重新安装;仓库中存在的有毒气体H3P 容易腐蚀电子元器件,粮堆中损坏的传感器不容易更换。而目前应用于粮食储藏的粮情检测系统大多数采用模拟温度传感器、多路模拟开关、A/D 转换器及单片机等组成的导线传输系统。这种温度采集系统需要在仓库内布置大量的测温电缆,安装和拆卸繁杂;同时受到导线电阻和分布电容的影响,测量误差比较大,易受雷击。为此提出了一种基于无线传感器网络的温度检测系统的设计方案,该方案不需要任何固定网络的支持,安装简单方便、系统稳定可靠、可维护性好。

2 无线传感器网络

无线传感器网络是由大量微型、智能、低功耗传感器以某种网络协议构成的无线网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息,并发布给观察者。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术以及无线通信技术,正成为一个新兴的技术领域,被认为是21世纪最重要的技术之一。

无线传感器网络节点具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能,可以随机或者特定地布置在目标环境中,能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。传感器节点主要由电源管理模块、传感器、微处理器、存储器以及射频模块等功能模块构成。电源管理模块为其他功能单元提供正常工作所必需的能源。传感器用于感知、获取外界的信息,并通过信号处理电路将其转换为数字信号。微处理器部件负责协调节点各部分的工作,如对传感器获取的信息进行必要的处理、保存,控制传感器和电源的工作模式等。射频模块负责与其他传感器或观察者的通信。

基于无线传感器与射频SOC nRF9E5的粮情检测系统

3 系统设计方案

整个系统由若干无线温度传感器节点、测控主机和PC 机组成,其中无线温度传感器节点按一定布点规则分布于仓库内,执行温度数据采集、预处理和传输等工作。测控主机由无线收发模块nRF9E5 及报警装置组成,通过外接MAX232 转换电路,和PC 机进行串口通信。测控主机通过无线通讯方式与各个节点进行数据传输、存储及命令的传送。PC 机给测控主机发送功能命令并对采集到每个节点温度数据进行智能分析、显示和打印。限于篇幅,本文主要介绍无线温度传感器节点的硬件结构和软件设计方法。

基于无线传感器与射频SOC nRF9E5的粮情检测系统

3.1 无线温度传感器节点的设计

温度传感器节点是的网络的基本单元,响应测控主机的指令并发送数据。由于传感器节点通常采用电池供电,电池的容量一般不是很大。并且在使用过程中,不能给电池充电或更换电池,一旦电源耗尽,这个节点就失去了作用。因此在传感器网络节点的设计过程中,任何技术和协议的使用都要以节能为前提。在硬件设计方面,要尽量采用低功耗器件,在没有通信任务的时候,切断射频部分电源;在软件设计方面,各层通信协议都应该以节能为中心。

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自动控制技术? 无线传感器网络? 节点温度测量? nRF9E5?

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