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基于无线传感器与射频SOC nRF9E5的粮情检测系统
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2021-01-20
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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
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基于无线传感器与射频基于无线传感器与射频SOC nRF9E5的粮情检测系统的粮情检测系统
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
1 引言引言
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
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。
3 系统设计方案系统设计方案
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。
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。
3.1.1 射频SOC nRF9E5
nRF9E5 是挪威Nordic 公司去年推出的系统级RF 芯片。该芯片采用+3VDC 供电,面积为5mm×5mm,共有32 个外部引
脚,包括UART 和SPI 等功能。内部集成了nRF9E5 射频模块、8051 微控制器及A/D 转换模块,具有433/868/915MHz 三波
段载波频率。采用GFSK 调制,抗干扰能力强;支持多点通讯,数据传输速率高达0.1Mbps。具有特有的ShockBurst 信号发
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