存储温湿度控制的物联网技术论文范文

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1系统概述

烟叶仓库根据类型不同，面积大小不一(标准库每层面积在120m2）。烟叶包通常打包为80×60×40cm3，烟叶堆的堆叠大小没有明确限定，通常不高于2m，烟叶堆之间预留至少2m的通道。根据烟叶仓库的堆放格局，结合物联网技术的烟叶存储温湿度控制系统电气布置如图1所示，系统由3部分组成：射频传感标签、阅读控制器和烟叶存储上位机监控平台。射频传感标签由两部分组成：固定在电气外包装顶端的射频标签和固定在传感轴上的温湿度传感器。射频标签设置在顶端可以有效避免干扰和物理机械损伤，用于获取位置和时间信息，并进行射频通信。传感器通过电气连接线连接，用于获取每一个烟叶堆中心轴的温湿度分布。阅读控制器通过有线和无线方式完成射频传感标签与上位之间的数据通信。烟叶存储监控系统的上位机采用PC机，完成信息通信、数据分析处理等功能。

2射频传感模块

射频传感模块各个功能组成采用分离放置，通过接地固定底座和电气外包装固定，经电气连接线完成布局布线。如图1所示，距离地面最近的一个温湿度传感器与地面距离为20cm，高度低于2m的温湿度传感器以50cm的间距布局，其主要依据是烟叶包的大小及温湿度控制需求。烟叶包将围绕着每一个烟叶堆放中心轴进行堆放，通过射频技术完成对每一个烟叶堆中心轴的温湿度采集，以确定是否存在安全隐患。

2.1模块硬件设计射频传感模块由射频模块(nRF24LE01)、温湿度传感模块(SHT75)及外围电路组成，分为四个功能模块：微处理器(8051内核)、射频模块(nRF24L01+)、温湿度传感模块(SHT75)和电源管理模块。nRF24LE01提供2.4GHz无线收发模块(nRF24L01+)和微处理器(增强型8051内核)完成数据处理和射频通信，其μm级CMOS工艺满足系统模块设计需要[3]。温湿度传感器采用集成一体化传感器SHT75，相较于其他温度传感器(如DS18B20)，该传感器的优势在于具备通过传感标签I/O端口识别传感器功能，在更换传感器是不需要重新定位写入地址[4]。

2.2模块软件构架射频模块nRF24LE01提供了增强型8051单片机完成对温湿度数据的接收和处理后，送入A/D转换模块，完成数据打包，然后经nRF24L01+射频模块完成发送，发射配置流程图如图2所示。模块基于C语言进行模块化软构建开发，射频收发模式采用EnhancedShockBurstTM模式，进行4种工作模式、6种状态的调配，状态图如图3所示。

3阅读器设计

阅读控制器射频模块采用nRF24LE01，与射频传感标签的软构建复用。微处理器选择MSP430F449，MSP430F449提供A/D转换模块，通过SPI串口与nRF24LE01进行信息通信。

3.1阅读控制器的拓扑结构设计大型烟草仓库会有不同类型的烟叶仓库组群而成，且仓库之间、仓库与监控中心之间都有一定的传输距离。为了降低数据传输干扰，提供数据处理效率，系统阅读控制器采用2层网络拓扑结构，如图4所示。

3.2阅读控制器的MultiCeiver模式设计nRF24LE01提供MultiCeiver接收模式，可连接6路独立的并行数据通道，每路数据通道都能够完成增强型shockburst功能，每个数据通道有固定的物理地址，如表1所示[5]。

4温湿度控制平台设计

上位机基于VS平台、C#语言，结合GDI+图像处理功能与数据库管理技术，完成6大功能模块设计，提供实时数据串口通信、监测数据接收、存储，以及温度值超限报警等功能。通信模块：提供串口参数设置及串口通信功能。监测控制：提供监测方式选定(系统提供了测试数据自动定时上传、手动控制上传、预警过渡区上传等方式)、监测方式转换、监测启止控制等功能。显示控制：系统提供监测数据的数据库显示、二维曲线显示、三维曲线显示。该模块提供了不同模式的选择、切换等功能。数据管理：该模块完成上传的监测数据保存和处理，并提供本地报表生成、本地报表上传等功能。预警、报警程序：根据温度预警区间值，提供预警、报警功能。冗余接口模块：该模块基于软构建设计思路，系统采用模块化设计，并预留模块端口提供与烟草系统其他平台和功能模块的通信、升级和移植设计。

5结语

本文进行了物联网环境下的烟叶存储温湿度控制系统设计，根据烟叶仓库的布局、烟叶堆放和温湿度控制需求，进行了烟叶堆温湿度射频传感模块的布局设计，完成了烟叶存储温湿度监测系统的射频传感标签、阅读控制器和上位机监测系统的设计。将物联网技术引入烟叶存储过程具有其他温湿度监控技术所无法比拟的优势，为烟草业智能控制的物联网化提供了很好的技术路线。本文得出了以下结论：1）射频技术引入烟叶存储控制确实可行，将工人从经验判断和繁重的人工操作解放出来。2）物联网环境下的射频与传感技术的融合性得以验证。3）通过本课题研究，为烟草业的物联网技术化发展提供了很好的理论依据和技术融合方向。本研究还处于初级阶段，下一阶段的研究工作体现在：1）进行反复试验，进一步完善射频及传感模块的布局布线设计。2）通过针对烟草仓库的不同需求及实地测试，进一步完善阅读控制器的拓扑空间设计。

作者：蔡思静单位：福建工程学院信息学院