摘要：  针对粮仓温湿度监测的特点，基于ZigBee 模块，采用以SHT11 为温湿度传感器，以DS18B20 为温度传感器来设计传感器节点实现粮仓温湿度数据的采集，并使用LabVIEW 软件编写粮仓监控界面，实现了整个监测网络系统数据显示、查询、存储。实验证明，基于ZigBee 的粮仓温湿度监控系统可以更好地满足监测系统中采样点布置的灵活性，更好地符合现代化粮仓监控的需求。

关键字：  ZigBee 模块，  温湿度传感器

针对粮仓温湿度监测的特点，基于ZigBee 模块，采用以SHT11 为温湿度传感器，以DS18B20 为温度传感器来设计传感器节点实现粮仓温湿度数据的采集，并使用LabVIEW 软件编写粮仓监控界面，实现了整个监测网络系统数据显示、查询、存储。实验证明，基于ZigBee 的粮仓温湿度监控系统可以更好地满足监测系统中采样点布置的灵活性，更好地符合现代化粮仓监控的需求。

粮食是人类赖以生存的基本物质，是关系国计民生的重要物质，目前我国地方各大粮库的温湿控制，主要采用干温度表、毛发湿度计、双金属式测量计、湿度测试纸等测量器材进行人工检测。ZigBee技术具有节点能耗低、成本低、应用简单、组网能力强等优点。基于以上优点，本文提出了基于ZigBee 的无线传感器网络的粮仓环境检测系统。

1 系统框架设计

本文采用ZigBee 技术的无线传感器网络，通过传感器采集粮仓的温湿度，并把数据传输到无线通信节点中。在系统中，每个粮仓安置几个发送模块作为路由器使用，通过路由器把数据无线发送到协调器中，协调器通过RS232 与上位机进行通讯，实现对粮仓环境温湿度的监控。同时系统也对粮堆温度的现场测量，不仅在现场显示，供现场工作人员监控粮堆的温度，而且通过无线节点发送到协调器，在上位机中显示。图1 为系统的结构示意图。系统中存在一个节点作为协调器节点，完成网络组建、路由功能。粮堆内节点只作为终端节点，之间互相不通信，因此采用半功能节点(RFD)，完成粮堆温度采集及发送。而粮仓节点采用全功能节点(FFD)，之间可以互相通信并附带路由器功能，完成网络通信及温湿度采集。

图1 基于ZigBee 的粮仓温湿度监控系统结构示意图

2 温湿度监控系统硬件设计

2. 1 粮仓节点

无线传感器节点由数据采集、数据处理、无线通信和能量供应四个模块组成，节点结构如图2 所示。

图2 传感器节点结构图

数据采集模块负责温湿度信息采集和数据转换; 数据处理模块由微控制器组成，负责控制整个传感器节点的操作和数据存储; 无线通信模块由无线收发器组成，负责与其他传感器节点进行通信，能量供应模块为系统其他的三个部分提供能量。SHT11是瑞士Sensirion 公司推出的基于CMOSensTM 技术的新型温湿度传感器。而CC2430 芯片为Chipcon 公司生产的2. 4GHz 射频系统级芯片，是一款真正符合IEEE802. 15. 4 标准的片上ZigBee 产品。通过SHT11 检测得到温湿度，并转化为数字信号，传输至CC2430，由CC2430 负责对信号进行处理发送。节点电源部分使用两节AA 电池，为了使系统工作时间持续长，节点通常在闲置时快速进入休眠模式，其外设模块进入休眠状态，或者电源管理部分不对这些外设模块供电。

CC2430 通过I2C 接口定时读出SHT11 的温湿度数据，并将温湿度通过无线网络传送。SHT11 采用串行与处理器进行数据通信，SCK 数据线负责处理器和SHT11 的通讯同步; DATA 三态门用于数据的读取。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻将信号提拉至高电平，设计过程中，将SHT11 温湿度传感器与一个拓展插口P7 接在一起，独立做成一个小模块，便于与无线模块模板的连接，用CC2430 芯片发送采集数据到无线模块模板上的CC2430 芯片。SHT11 温湿度传感器模块的P7 对应CC2430 模板的L7 口，CC2430 模板既用来对SHT11 温湿度模块供电也用来对CC2430 芯片供电，无线模块模板与SHT11 温湿度传感模块的连接电路图如图3 所示

2. 2 粮堆节点

对于粮库的监控，不仅要监控粮仓的温湿度，而且也要监控粮堆的温度。对温度传感器的选型，这里采用DS18B20.DS18B20 是一款全数字温度转换及输出传感器。从DS18B20 读出信息或是写入DS18B20信息仅需要1 根口线( 即单总线接口) .温度变换、读取等所需的能量由总线提供，无需外接电源。使用DS18B20 可以节省系统资源、使系统结构更趋简单，可靠性更高，更节能，更适用于温度缓变场所的长时间温度监测。最高分辨率达到12 位，精度可达±0. 5℃。基于DS18B20 温度传感器节点设计如图4 所示。

图3 与温湿度传感模块的连接电路图。

图4 与温度传感模块的连接电路图。

3 软件设计

粮仓/粮堆温湿度节点软件的实现： 终端节点首先通过初始化系统参数，读取数据。之后立即开始发送节点地址，等待路由器响应，而后发送数据长度，确认长度后路由器可以预留合适的空间存储数据而后接收数据，接收校验码。至此，本次发送任务结束，进入睡眠状态，节省电源。而路由器接收下一发送模块的数据，并将刚接收的数据发送给协调器。

经过上面的步骤，粮仓温湿度监控系统可以实时监控粮仓的温湿度变化，为更便捷地实现数据观测，粮仓温湿度采集系统上位机监控界面采用图形化的编程语言LabVIEW 软件编写，实现对终端监测节点上传数据的采集与处理，并实时显示各个节点的IEEE 号和温湿度数据。粮仓温湿度采集系统监控界面如图5 所示。在进行PC 机和无线采集模块串行通信前，首先配置好串口，即串口初始化，使计算机串口的各种参数设置与无线收发模块的串口参数保持一致，以致能够正确的通信。由图5 可见，所设计的界面反映了各节点所采集的温度和湿度，图中，0x6CFCFC5385FC4797 和0xE972B47D46C97E 分别是两个CC2430 节点的IEEE 地址，24.6℃和24.4℃表示两个节点的温湿度传感器所采集到的温度，66. 5%和67. 6%表示为两个节点采集到的湿度。

图5 粮仓温湿度采集系统监控软件界面

4 结论

本文提出基于ZigBee 技术的粮仓温湿度监控系统设计，采用簇状网络组网，实现对粮仓环境温、湿度的测量，采集并在LabVIEW 平台上实现了节点数据的显示。通过实验证明这种解决方案有很强的实用性，系统运行稳定。在实际的推广中，可根据实现目标的需要确定路由器和终端设备的数量，解决实际应用中有线网络布线成本过高及不便到达、环境恶劣地区环境温湿度监测的问题。