射频技术在粮仓无线监控系统中的应用

        1.引言

        粮食的安全存储是关系到国计民生的战略大事，科学保粮具有重要的社会意义与经济价值。粮仓监控系统主要完成对粮食温度、湿度和气体浓度等参数的采集、存储和向监控中心传送数据以及执行监控中心的指令等功能。传统的粮仓监控系统中粮仓与监控中心大多采用RS-485等有线连接的数据通信方式，使得系统抗干扰差、连线繁多、扩展困难；当一个节点出现问题时还会影响整个系统，不利于粮仓的监控与管理。为此，本文给出了一种基于射频技术的粮库无线监控系统。

        2．监控系统的组成和设计

        粮食在存储期间，由于环境、气候和通风条件等因素的变化，粮仓内的温度或湿度会发生异常，这极易造成粮食的腐烂或发生虫害。同时粮仓中粮食储存质量还受到粮仓中气体、微生物以及虫害等因素的影响。针对粮食存储的特殊性，粮仓监控系统一般以粮仓和粮食的温度与湿度为主要检测参数，粮仓内气体成分含量为辅助参数。

        粮仓无线监控系统由粮仓粮情检测点、无线通信终端和监控中心等组成，其系统结构示意图如图1所示。

图1. 系统结构示意图

        粮仓无线监控系统主要具有数据采集与传送、数据分析与处理、数据存储与检索、数据表格显示与打印输出、实时控制以及报警等功能。现场监测仪采集粮仓粮情的相应参数, 如粮食温度、仓库温度、相对湿度、粮食水分、粮仓内二氧化碳和硫化氢气体含量等,并定时或根据指令发送至监控中心；监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警或语音报警，并打印记录。与此同时，监控中心可向现场监测仪发出控制指令，监测仪根据指令控制空调器、吹风机、除湿机等设备进行降温除湿，以保证粮食存储质量。监控中心也可以通过报警指令来启动现场监测仪上的声光报警装置，通知粮库管理人员采取相应措施来确保粮食存储安全。

        粮仓无线监控系统各部分的主要组成如下：

        (1). 现场监测仪。现场监测仪由温度传感器、湿度传感器、气体浓度传感器等传感器和微控制器及控制信号输出模块等构成。

        (2). 无线通信终端。无线通信终端由无线收发芯片和微控制器组成。

        (3). 监控中心。PC机、监控管理软件构成了监控中心的主体。

        3．无线通信终端的硬件和软件设计

        3.1 无线通信终端的硬件设计

        无线通信终端由无线收发芯片和微控制器组成。本系统中的无线通信终端采用CC1020为收发芯片，PIC16F73单片机为微控制器。

        CC1020是Chipcon公司推出的基于SmartRF技术的全集成无线收发芯片。它工作在402-470MHZ、804-940MHZ等ISM(Industrial, Scientific and Medical)与SRD(Short Range Device)频段，采用频移键控(FSK)调制，集成锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、调制解调器(DEMOD)等功能，具有低电压、低功耗、高灵敏度、传输距离远、尺寸小等优点，与很少的一些外围器件搭配就可以设计成强大的具有无线通信功能的嵌入式系统。

        PIC16F73是Microchip公司开发推出的低功耗、高性能的8位单片机，采用双总线结构(指令总线和数据总线分离)和精简指令结构，具有8Kb的Flash、192字节的片内RAM、串口和SPI接口，很好的满足了本终端对微控制器的要求。

        CC1020有32个引脚，它通过PDI、PDO、PCLK和PSEL这四个引脚与PIC16F73单片机的I/O端口相连，CC1020的应用原理图如图2所示。

图2. CC1020的应用电路示意图

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