倉庫溫濕度遠程無線監(jiān)測系統(tǒng)

張燚翾，吳應偉

寧夏青銅峽市青銅峽鎮(zhèn)68242部隊通信股，寧夏青銅峽 751601

倉庫溫濕度遠程無線監(jiān)測系統(tǒng)

張燚翾，吳應偉

寧夏青銅峽市青銅峽鎮(zhèn)68242部隊通信股，寧夏青銅峽 751601

本文介紹基于CC1110的低成本大型倉庫無線溫、度監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。系統(tǒng)由終端節(jié)點、中繼節(jié)點，和數(shù)據(jù)中心組成。采用STH15數(shù)字溫濕度傳感器采集溫濕度,采用無線單片機CC1110完成控制及無線收發(fā)。終端節(jié)點以一定的頻率采集溫濕度并實時的發(fā)送到數(shù)據(jù)中心收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)中心收發(fā)模塊通過串口把數(shù)據(jù)發(fā)送到個人計算機并在人機界面上顯示，以實現(xiàn)倉庫溫濕度的遠程監(jiān)測。

無線網(wǎng)絡；低成本；數(shù)字傳感器技術；通信協(xié)議

1 主要芯片介紹

1.1 CC1110芯片的主要特點[1]

CC1110無線單片機是TI公司生產(chǎn)的一種低成本的無線SoC，是一款低功耗的無線單片機，該芯片包含一個標準的增強型8051MCU和一個無線收發(fā)芯片。8051MCU自帶32KB Flash和4KB RAM，還包含定時器、看門狗定時器、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、掉點檢測電路及21個可變成I/O口等。無線收發(fā)芯片可工作在315/433/868/915MHz的ISM（工業(yè)、科學和醫(yī)學）和SRD（短距離設備）頻率波段。CC1110在接收和發(fā)射模式下的電流分別低于16.2mA或16mA；休眠模式時，電流僅為0.5uA，外部中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機模式時，電流低于0.3uA，外部中斷能喚醒系統(tǒng)；硬件支持CSMA/CA功能；能數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強大的DMA功能；較寬的電壓范圍（2.0V～3.6V）；具有電池檢測功能。

1.2 SHT15數(shù)字溫濕度傳感器[2]

SHT15數(shù)字溫濕度傳感器是瑞士Sensirion推出的SHT1x系列的數(shù)字溫濕度傳感器中的一款，基于領先世界的CMOSens?數(shù)字傳感技術，具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。SHT15數(shù)字溫濕度傳感器的測量范圍：濕度0% RH～100% RH、溫度-40℃～123.8℃，測量精度分別為±2.0%、±0.3℃(在25℃時）。全量程標定，兩線數(shù)字接口，可與單片機直接相連，簡化外圍電路。此外，該傳感器體積微小、響應迅速（＜4s）、低能耗（30μW）、可浸沒、抗干擾能力強，性價比高。

2 系統(tǒng)的結構、功能及硬件組成

2.1 系統(tǒng)的結構、功能

該倉庫無線溫濕度測控系統(tǒng)由數(shù)個溫濕度采集控制節(jié)點，中繼節(jié)點和數(shù)據(jù)中心組成。數(shù)據(jù)中心由收發(fā)模塊和個人計算機組成。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊通過RS-232與個人計算機相連。個人計算機提供人與系統(tǒng)的交互界面，管理人員可以通過PC軟件查看節(jié)點和各倉庫的實時溫濕度，也可以實時的調控各倉庫的溫濕度。系統(tǒng)還具有定時自檢和溫濕度異常提醒功能，并通過PC軟件顯示結果，方便了管理人員對系統(tǒng)的監(jiān)管。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和溫濕度采集控制節(jié)點之間有障礙物阻隔，直接通信很困難。中繼節(jié)點在數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和溫濕度采集控制節(jié)點之間轉發(fā)通信數(shù)據(jù)，連通數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和溫濕度采集控制節(jié)點。

2.2 系統(tǒng)的硬件組成

系統(tǒng)的硬件電路主要包括溫濕度采集控制節(jié)點電路、中繼節(jié)點電路和數(shù)據(jù)收發(fā)模塊電路。本文主要介紹溫濕度采集控制節(jié)點電路。溫濕度采集控制節(jié)點主要包括CC1110工作在433MHz頻段電路[3]，撥碼盤電路，溫濕度采集電路和溫濕度控制電路。系統(tǒng)中CC1110工作在433MHz的免費頻段電路RF_P、RF_N腳在RX期間向LNA分別輸入正、負向射頻信號，在TX期間接收來自其它節(jié)點的輸入正、負向射頻信號。撥碼盤電路用于設定節(jié)點地址。節(jié)點在每次上電時，首先讀撥碼盤數(shù)據(jù)，并作為地址保存。節(jié)點以該地址加入系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心通過該地址可以唯一的。SCK用于CC1110與SHT15 之間的通訊同步，由CC1110提供。DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。光電耦合器件U4，把交直流電路隔離開來，防止相互之間的信號干擾，同時實現(xiàn)交直流電路之間控制信號的傳遞。CC1110通過光電耦合器件U4來控制Q1的導通或截至，從而控制調控機。

3 節(jié)點通信方式及數(shù)據(jù)包的設計

系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)通信協(xié)議的設計、節(jié)點的程序設計和系統(tǒng)人機界面。下面主要介紹節(jié)點通信方式、數(shù)據(jù)包設計，溫濕度采集控制節(jié)點的程序流程圖和人機界面的實現(xiàn)。系統(tǒng)采用載波偵聽/沖突檢測（CSMA/CA）通信[4]。載波監(jiān)聽通信在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，一直檢測空氣中是否存在相同頻率的載波，如果當前空氣有相同頻率的載波，就不發(fā)送數(shù)據(jù)；如果空氣中沒有相同頻率的載波，則表明空間資源沒有被占用，可以發(fā)送數(shù)據(jù)；一旦兩個以上的節(jié)點同時監(jiān)聽到介質空閑并發(fā)送楨，則產(chǎn)生沖突，一旦發(fā)送沖突，停止發(fā)送，隨機延時一段時間后，再重新爭用介質，重新發(fā)送，直到成功。該通信方式在系統(tǒng)中的實現(xiàn)是通過檢測SFR寄存器RFIM中的IM_CCA位來判斷空氣中是否存在相同頻率的載波。數(shù)據(jù)楨類型通過數(shù)據(jù)類型來區(qū)分，加入網(wǎng)絡時的請求信息(0x00)、數(shù)據(jù)（0x01）、控制命令（0x02）、廣播信息（0x03）和確認信息（0x04）。數(shù)據(jù)（0x01）是終端節(jié)點發(fā)送給數(shù)據(jù)中心的溫濕度值，控制命令（0x02）和廣播信息（0x03）都是數(shù)據(jù)中心發(fā)往終端節(jié)點的控制命令，他們的不同在于控制命令是針對具體的某個節(jié)點，而廣播信息的發(fā)送對象是所有的終端節(jié)點。確認信息為了保證通信過程中數(shù)據(jù)的準確，節(jié)點之間在通信時接收節(jié)點要將接收的數(shù)據(jù)再發(fā)送給發(fā)送節(jié)點，在發(fā)送節(jié)點確定接收節(jié)點收到的數(shù)據(jù)正確后，成功完成一次信息交換，否則重行發(fā)送數(shù)據(jù)，直到成功。信息正確交換一次，信息交換次數(shù)加一。

4 結論

本設計充分利用CC1110無線單片機的特點，簡化了設計，降低了成本，使用方便。經(jīng)過在實踐中的運用，系統(tǒng)在1km左右的范圍內的性能良好。但是由于CC1110無線單片機中無線模塊功率的限制，系統(tǒng)的更大距離通信的實現(xiàn)比較困難。

[1]田建君.倉庫自動通風及溫、濕度監(jiān)測系統(tǒng)[J].電子產(chǎn)品世界，2004(4).

[2]陳永利，張自賓，李曉銀，陳鵬.糧食倉庫溫濕度檢測系統(tǒng)[J].儀器儀表學報，2003(S1).

[3]唐美斌，孫傳友.傳感器在糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].電子與電腦，2007(Z1).

TN92

A

1674-6708（2011）51-0152-01