基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)糧情檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)糧情檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0糧情參數(shù)隨機(jī)檢測(cè)糧食安全是一項(xiàng)與國(guó)計(jì)民生存密切相關(guān)的戰(zhàn)略活動(dòng)。科學(xué)食品安全具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為實(shí)現(xiàn)科學(xué)保糧,必須對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)、外環(huán)境溫度,環(huán)境濕度,糧食溫度,多種有害氣體濃度,糧食水分,儲(chǔ)糧害蟲等糧情參數(shù)進(jìn)行綜合檢測(cè),以便有針對(duì)性的采取措施來減少糧食腐爛、霉變、蟲害孳生等原因引起的損失。糧情參數(shù)檢測(cè)作為機(jī)械通風(fēng)、谷物冷卻、環(huán)流熏蒸、氣調(diào)防治等儲(chǔ)糧技術(shù)的運(yùn)行基礎(chǔ),其檢測(cè)方法分為人工檢測(cè)方法和自動(dòng)檢測(cè)方法兩種。在人工檢測(cè)方法中,工作人員利用各種便攜式測(cè)量?jī)x器,定期巡視糧庫(kù)并記錄儀器讀數(shù),實(shí)現(xiàn)糧情參數(shù)隨機(jī)檢測(cè);人工檢測(cè)方法的主要缺點(diǎn)是檢測(cè)效率低,工作量大,人員素質(zhì)差異易造成測(cè)量誤差,難以深入糧倉(cāng)內(nèi)部進(jìn)行全面檢測(cè),難以實(shí)時(shí)處理測(cè)量數(shù)據(jù)等。在自動(dòng)檢測(cè)方法中,借助各種通信網(wǎng)絡(luò),固定在糧庫(kù)內(nèi)部不同位置的智能傳感器以多機(jī)通信方式實(shí)現(xiàn)糧情參數(shù)的遠(yuǎn)程、自動(dòng)、多點(diǎn)測(cè)量;自動(dòng)檢測(cè)方法代表了糧情參數(shù)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展方向,但從實(shí)際應(yīng)用情況來看,現(xiàn)有糧情自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)仍存在以下不足:1)對(duì)使用CAN、RS485等有線網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)來說,當(dāng)糧倉(cāng)空間跨度較大、檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量較多、檢測(cè)點(diǎn)位置經(jīng)常變動(dòng)時(shí),將導(dǎo)致糧倉(cāng)內(nèi)部電纜縱橫交錯(cuò),造成安裝、布線、供電、維護(hù)困難,使用成本增加,可靠性降低。2)對(duì)使用ZigBee、GSM等無線網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)來說,受系統(tǒng)資源、網(wǎng)絡(luò)帶寬限制,僅能測(cè)量、傳輸糧食溫度、糧食水分等標(biāo)量數(shù)據(jù),難以傳輸聲音、圖像、光譜形式的矢量化蟲害數(shù)據(jù)。3)現(xiàn)有系統(tǒng)功能單一,多數(shù)系統(tǒng)僅能測(cè)量溫度、濕度參數(shù),少數(shù)系統(tǒng)能測(cè)量?jī)?chǔ)糧害蟲、糧食水分等參數(shù),如果需要對(duì)多種糧情參數(shù)進(jìn)行檢測(cè),則需同時(shí)安裝一套或幾套系統(tǒng),而系統(tǒng)間互不兼容將增加系統(tǒng)成本、復(fù)雜性、維護(hù)工作量,給高層管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來麻煩。針對(duì)上述不足,在前期開發(fā)的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)糧蟲聲信號(hào)采集系統(tǒng)基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)糧情自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)充分利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低成本、低功耗、自組織、魯棒性好、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),以較高性價(jià)比實(shí)現(xiàn)了糧倉(cāng)內(nèi)、外環(huán)境溫度,環(huán)境濕度,多種有害氣體濃度,糧食溫度,糧食水分,儲(chǔ)糧害蟲的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、自動(dòng)、多點(diǎn)測(cè)量。1需求分析與城市規(guī)劃1.1糧情信息自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)傳輸和集中處理系統(tǒng)為提高糧庫(kù)數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化水平,需設(shè)計(jì)滿足如下要求的糧情自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng):1)實(shí)現(xiàn)單糧倉(cāng)、部分糧倉(cāng)或全部糧倉(cāng)內(nèi)、外環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、多種有害氣體濃度、糧食溫度、糧食水分、儲(chǔ)糧害蟲等糧情參數(shù)的自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)傳輸和集中處理。2)用戶可通過多種途徑訪問、查詢、分析糧情數(shù)據(jù),改變、修改系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和工作參數(shù)。3)系統(tǒng)應(yīng)具有較高性價(jià)比、可靠性,較強(qiáng)靈活性、擴(kuò)展能力,較好維護(hù)性,升級(jí)、布線、供電、安裝、使用方便。1.2感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)需求、糧倉(cāng)布局、糧情參數(shù)特點(diǎn),在文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了圖1所示基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)糧情自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。在圖1中,糧倉(cāng)內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用分簇結(jié)構(gòu),分簇劃分根據(jù)糧倉(cāng)空間跨度、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量、數(shù)據(jù)包大小、網(wǎng)絡(luò)容量、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等因素確定,每個(gè)分簇包含一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)和若干采集節(jié)點(diǎn)。簇首節(jié)點(diǎn)與簇內(nèi)采集節(jié)點(diǎn)、基站節(jié)點(diǎn)與各簇首節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心與各基站節(jié)點(diǎn)分別構(gòu)成星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。采集節(jié)點(diǎn)與簇首節(jié)點(diǎn)采用低速無線網(wǎng)絡(luò)(如Zigbee)連接,簇首節(jié)點(diǎn)與基站節(jié)點(diǎn)采用高速無線網(wǎng)絡(luò)(如WiFi)連接,基站節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、移動(dòng)終端之間的連接網(wǎng)絡(luò)根據(jù)實(shí)際情況確定。1.3站節(jié)點(diǎn)分簇采集節(jié)點(diǎn)使用各種傳感器感知糧情參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行周期采樣、分析和發(fā)送。為降低采集節(jié)點(diǎn)功耗,對(duì)于標(biāo)量數(shù)據(jù)(糧食溫度、糧食水分等),單個(gè)傳感器的多次采樣結(jié)果或多個(gè)傳感器的單次采樣結(jié)果被打包發(fā)往簇首節(jié)點(diǎn),對(duì)于矢量數(shù)據(jù)(聲信號(hào)表示的儲(chǔ)糧害蟲等),采樣結(jié)果被壓縮后發(fā)送簇首節(jié)點(diǎn)。簇首節(jié)點(diǎn)管理分簇子網(wǎng)通信,監(jiān)控分簇內(nèi)各采集節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行;接收、存儲(chǔ)分簇內(nèi)采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)包,對(duì)其進(jìn)行分析、匯總、格式轉(zhuǎn)換等處理后,發(fā)送給基站節(jié)點(diǎn);接收基站節(jié)點(diǎn)發(fā)送的指令數(shù)據(jù)包,并根據(jù)指令內(nèi)容調(diào)整分簇子網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)等。基站節(jié)點(diǎn)與簇首節(jié)點(diǎn)功能類似,管理簇首節(jié)點(diǎn)與基站節(jié)點(diǎn)間的通信,監(jiān)控簇首節(jié)點(diǎn)和采集節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行;接收、保存簇首節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的采樣數(shù)據(jù)包和來自遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、移動(dòng)終端的用戶指令,通過解析用戶指令,完成上傳采樣數(shù)據(jù)包到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心或移動(dòng)終端,調(diào)整分簇子網(wǎng)工作參數(shù)等操作。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,通過與基站節(jié)點(diǎn)通信,提供糧情數(shù)據(jù)保存、歷史數(shù)據(jù)查詢、糧情變化趨勢(shì)分析、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)查詢、節(jié)點(diǎn)工作參數(shù)設(shè)定、故障診斷報(bào)警等功能,使得用戶可全方位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)糧情變化并采取適當(dāng)措施。1.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為獲得真實(shí)、準(zhǔn)確的糧情參數(shù),數(shù)量眾多的采集節(jié)點(diǎn)應(yīng)密集布設(shè)在糧倉(cāng)不同檢測(cè)區(qū)域且能夠長(zhǎng)期工作。不同類型傳感器將輸出不同形式物理信號(hào),要求采集節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有豐富的接口資源和較強(qiáng)的信號(hào)處理能力。測(cè)儲(chǔ)糧害蟲聲檢測(cè)將產(chǎn)生較大流量聲信號(hào)采樣數(shù)據(jù),其存儲(chǔ)、分析、壓縮、傳輸需要采集節(jié)點(diǎn)具有較豐富計(jì)算、存儲(chǔ)和通信資源。糧倉(cāng)內(nèi)已安裝的其他糧情檢測(cè)系統(tǒng)可作為一個(gè)分簇,通過簇首節(jié)點(diǎn)接入無線傳感器網(wǎng)絡(luò),這就要求簇首節(jié)點(diǎn)具有一定的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換能力?；竟?jié)點(diǎn)應(yīng)具有較豐富的數(shù)據(jù)接口,便于在必要情況下連接鍵盤、糧倉(cāng)環(huán)境控制器、聲光報(bào)警器、顯示器等裝置,實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互或閉環(huán)控制。簇首節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有較豐富存儲(chǔ)資源和較強(qiáng)數(shù)據(jù)管理能力,以便在脫離無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程監(jiān)控中心時(shí),仍可保存一定數(shù)量糧情數(shù)據(jù)。2硬件設(shè)計(jì)2.1硬件節(jié)點(diǎn)模塊綜合考慮性價(jià)比、可靠性、擴(kuò)展能力、功耗、系統(tǒng)資源、尺寸大小等因素,根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案和糧庫(kù)實(shí)際情況,所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件如圖2所示。主要包括主板模塊、電源管理模塊、Zigbee模塊、傳感器接口模塊、傳感器組、WiFi模塊、以太網(wǎng)模塊和GSM模塊。需要注意,并不是每類節(jié)點(diǎn)都需要所有硬件模塊,除主板模塊和電源管理模塊外,根據(jù)節(jié)點(diǎn)功能,采集節(jié)點(diǎn)還需要Zigbee模塊、傳感器接口模塊和傳感器組,簇首節(jié)點(diǎn)還需要Zigbee模塊和WiFi模塊,基站節(jié)點(diǎn)還需要WiFi模塊、以太網(wǎng)模塊和GSM模塊。這種模塊化硬件設(shè)計(jì)方法可有效降低設(shè)計(jì)難度,提高模塊利用率。2.2板模塊設(shè)計(jì)主板模塊是各類節(jié)點(diǎn)的硬件核心,必須具有較豐富硬件資源、較強(qiáng)接口能力和較高可靠性,才可滿足各類節(jié)點(diǎn)的不同要求。另外,芯片及開發(fā)工具是否成熟、支持軟件是否豐富、編程調(diào)試是否方便等因素在主板模塊設(shè)計(jì)中也要著重考慮。主板模塊硬件核心選用主頻為80MHz的32位低功耗混合信號(hào)處理器PIC32MX795F512L,該芯片內(nèi)置512KbyteFlash、128KbyteSRAM、以太網(wǎng)控制器、USB控制器、CAN控制器、高速ADC、流水線控制器等硬件資源。以這些硬件資源為基礎(chǔ),主板上擴(kuò)展了256KbyteSRAM、GSM網(wǎng)絡(luò)接口、Zigbee網(wǎng)絡(luò)接口、WiFi網(wǎng)絡(luò)接口、以太網(wǎng)接口、傳感器接口、0~16Gbyte容量的存儲(chǔ)卡、CAN總線接口、RS232接口等,使主板模塊可提供強(qiáng)大的信號(hào)處理、網(wǎng)絡(luò)連接、輸入輸出接口能力。2.3zrt-內(nèi)標(biāo)系統(tǒng)Zigbee模塊用于建立分簇內(nèi)各采集節(jié)點(diǎn)與簇首節(jié)點(diǎn)間的無線連接。考慮到采集節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多、需連續(xù)運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間、周期性采樣和發(fā)送數(shù)據(jù)消耗較多電能、每次發(fā)送數(shù)據(jù)量較少、距離簇首節(jié)點(diǎn)較近等因素,在分簇子網(wǎng)內(nèi)使用Zigbee模塊可有效降低采集節(jié)點(diǎn)功耗和成本,提高系統(tǒng)性價(jià)比。Zigbee模塊選用MRF24J40MA。主要性能指標(biāo)包括:支持IEEE802.15.4和Zigbee協(xié)議,最大數(shù)據(jù)傳輸速率250Kbit/s,工作頻段2.4GHz,典型靈敏度-94dBm,最大射頻輸入功率-23dBm,典型輸出功率+0dBm,發(fā)送功率控制范圍36dB,接收模式下最大電流消耗19mA,發(fā)送模式下最大電流消耗23mA,傳輸距離≤400m,2.4~3.3VDC電源供電,通過由串行外設(shè)接口和數(shù)字接口構(gòu)成的Zigbee網(wǎng)絡(luò)接口連接主板模塊。2.3局域網(wǎng)因素WiFi模塊用于建立簇首節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)、基站節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心間的無線連接。使用WiFi模塊構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)主要考慮較大流量糧情數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)傳輸、便于連接糧倉(cāng)外部的以太網(wǎng)和無線局域網(wǎng)等因素。WiFi模塊選用MRF24W0MB。主要性能指標(biāo)包括:支持IEEE802.11b/g和標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議,最大數(shù)據(jù)傳輸速率2Mbit/s,工作頻段2.40GHz,典型靈敏度-88dBm,最大射頻輸入功率-4dBm,典型輸出功率+10dBm,接收模式下最大電流消耗85mA,發(fā)送模式下最大電流消耗154mA,傳輸距離≤400m,2.4~3.3VDC電源供電,通過由串行外設(shè)接口和數(shù)字接口構(gòu)成的WiFi網(wǎng)絡(luò)接口連接主板模塊。2.4主要性能指標(biāo)傳感器選型主要考慮糧情參數(shù)檢測(cè)要求、傳感器功耗、測(cè)量精度、測(cè)量范圍、成本、是否方便等因素。在本系統(tǒng)中:糧倉(cāng)內(nèi)、外環(huán)境溫度、糧食溫度檢測(cè)使用傳感器DS18B20,糧倉(cāng)內(nèi)、外環(huán)境濕度檢測(cè)使用傳感器SHT75,糧倉(cāng)內(nèi)二氧化碳濃度檢測(cè)使用傳感器T6004,糧倉(cāng)內(nèi)硫化氫濃度檢測(cè)使用傳感器H2S/C-200,糧倉(cāng)內(nèi)磷化氫濃度檢測(cè)使用傳感器4PH3-1000,糧食水分檢測(cè)使用傳感器TDC220,儲(chǔ)糧害蟲檢測(cè)使用使用聲音傳感器為AWA14601。這些傳感器的主要性能指標(biāo)如表1所示。其中,輸出數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)的傳感器分別使用聚氯乙烯絕緣屏蔽電纜、低噪聲同軸電纜連接傳感器接口模塊。2.5監(jiān)控接口傳感器接口模塊由隔離、信號(hào)濾波、信號(hào)放大、數(shù)字信號(hào)調(diào)理等電路構(gòu)成;利用該模塊,主板模塊能通過統(tǒng)一的接口連接多通道、不同類型傳感器。根據(jù)應(yīng)用需要,本系統(tǒng)中使用的傳感器接口模塊主要有:16通道溫度傳感器接口模塊(每通道可并聯(lián)1~8個(gè)DS18B20),8通道糧食水分傳感器接口模塊(每通道可并聯(lián)1~6個(gè)TDC220),8通道聲信號(hào)傳感器接口模塊(每通道連接1個(gè)AWA14601),多通道混合傳感器接口模塊,包含了2通道濕度傳感器接口(每通道可并聯(lián)1~8個(gè)SHT75)、2通道溫度傳感器接口(每通道可并聯(lián)1~8個(gè)DS18B20)、1通道二氧化碳濃度傳感器接口(每通道連接1個(gè)T6004)、4通道硫化氫濃度傳感器接口(每通道連接1個(gè)H2S/C-200)、4通道磷化氫濃度傳感器接口(每通道連接1個(gè)4PH3-1000)。2.6gsm模塊GSM模塊用于連接基站節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)終端,便于用戶異地訪問、操作糧情數(shù)據(jù)和整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng);必要時(shí)也可用于連接基站節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。GSM模塊的選擇主要考慮數(shù)據(jù)流量、網(wǎng)絡(luò)覆蓋和使用成本等因素。GSM模塊選用EM770W。主要性能指標(biāo)包括:內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧,支持GSM、GPRS和HSDPA操作模式,HSDPA模式下的上行傳輸速率2Mbit/s、下行傳輸速率7.2Mbit/s,GPRS模式下的上行和下行傳輸速率236.8Kbit/s,3.0~3.6VDC電源供電,通過由RS232接口和數(shù)字接口構(gòu)成的GSM網(wǎng)絡(luò)接口連接主板模塊。2.7以太網(wǎng)通信模塊以太網(wǎng)模塊為基站節(jié)點(diǎn)提供以太網(wǎng)接入,以便建立與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心之間的有線連接。由于主板模塊使用的PIC32MX795F512L處理器內(nèi)部集成了傳輸速率為10/100Mbit/s、符合IEEE802.3協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)控制器,且主板模塊預(yù)留了以太網(wǎng)接口,因此,以太網(wǎng)通信模塊上只需安裝以太網(wǎng)收發(fā)器(如DP83848I)即可實(shí)現(xiàn)基站節(jié)點(diǎn)與以太網(wǎng)的連接。2.8管理芯片tps65010電源管理模塊為各類節(jié)點(diǎn)提供電源。主要由12VDC鋰電池、集成電池充電和DC/DC變換功能的電源管理芯片TPS65010、電池電量監(jiān)測(cè)芯片BQ2052、電池保護(hù)芯片BQ29440及外圍電路構(gòu)成。主板模塊預(yù)留包含RS232接口、I2C接口、CAN接口在內(nèi)的擴(kuò)展通信接口和數(shù)字接口,這些接口在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可用于連接糧倉(cāng)中現(xiàn)有的溫、濕度檢測(cè)系統(tǒng)、通風(fēng)設(shè)備等,在系統(tǒng)安裝、維護(hù)時(shí)用于連接電腦等。3軟件方案的設(shè)計(jì)3.1網(wǎng)絡(luò)控制模塊由于各節(jié)點(diǎn)需完成較多功能和任務(wù),為降低程序開發(fā)難度、提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和資源管理效率、便于擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)功能,節(jié)點(diǎn)程序按圖3所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。其中,節(jié)點(diǎn)程序底層為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-II2.86和存儲(chǔ)卡支持庫(kù)MDD1.26,中間層為以太網(wǎng)和WiFi網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧TCP/IP5.25、Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧MiWi、文件系統(tǒng)FatFS1.10,高層為實(shí)現(xiàn)信號(hào)采樣、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)通信等應(yīng)用功能的任務(wù)函數(shù)。由于uC/OS-II2.86、MDD1.26、TCP/IP5.25、MiWi和FatFS1.10為商業(yè)軟件模塊,在節(jié)點(diǎn)硬件上的移植可使用廠家提供的移植代碼,因此,節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)重點(diǎn)是按uC/OS-II的多任務(wù)并行機(jī)制編寫實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用功能的任務(wù)函數(shù)。3.2多任務(wù)并行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)各類節(jié)點(diǎn)不同應(yīng)用功能的任務(wù)函數(shù)可按圖4所示有限狀態(tài)機(jī)模型進(jìn)行編寫和調(diào)用。節(jié)點(diǎn)上電后,首先進(jìn)行硬件模塊初始化,然后設(shè)置并啟動(dòng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)卡支持庫(kù)、通信協(xié)議棧、文件系統(tǒng)等支持軟件模塊,在此基礎(chǔ)上,完成網(wǎng)絡(luò)建立、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置、文件讀寫等服務(wù)功能的初始化,最后進(jìn)入多任務(wù)并行狀態(tài)。在多任務(wù)并行狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)執(zhí)行空閑任務(wù),處于低功耗待機(jī)狀態(tài)。一旦出現(xiàn)某種觸發(fā)條件(如硬件中斷或運(yùn)行狀態(tài)改變等),節(jié)點(diǎn)立即退出空閑任務(wù),轉(zhuǎn)而調(diào)用相應(yīng)的任務(wù)函數(shù),當(dāng)任務(wù)函數(shù)執(zhí)行完畢后,節(jié)點(diǎn)重新返回低功耗待機(jī)狀態(tài)。需要注意,圖4中的任務(wù)函數(shù)不是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要;如果用戶需要增減、改變節(jié)點(diǎn)應(yīng)用功能,只需增減、修改相應(yīng)的任務(wù)函數(shù)即可。3.3監(jiān)控系統(tǒng)模塊監(jiān)控程序運(yùn)行在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)上,主要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了糧情數(shù)據(jù)接收、糧情數(shù)據(jù)按日志存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)通信管理等軟件模塊,為便于接口糧庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)管理信息系統(tǒng)等管理軟件,監(jiān)控程序提供了數(shù)據(jù)輸入輸出接口。根據(jù)應(yīng)用需要,糧情數(shù)據(jù)分析、糧情變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能本版監(jiān)控程序中暫未實(shí)現(xiàn),有待于將來進(jìn)一步完善。4結(jié)果和分析4.1點(diǎn)線點(diǎn)、傳感器的安裝在杭州市某糧庫(kù)1棟儲(chǔ)存稻谷的糧倉(cāng)中進(jìn)行試驗(yàn)。該糧倉(cāng)長(zhǎng)78m,寬24m,糧倉(cāng)內(nèi)有24個(gè)糧堆和1個(gè)控制室;每個(gè)糧堆長(zhǎng)10m,寬4.5m,高5m,根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)管理需要,相鄰6個(gè)糧堆作為1個(gè)儲(chǔ)糧區(qū),整個(gè)糧倉(cāng)形成4個(gè)相同的儲(chǔ)糧區(qū);控制室內(nèi)有計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心連接。試驗(yàn)系統(tǒng)中使用的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、傳感器的安裝位置、數(shù)量如圖5?？梢钥吹?所有簇首節(jié)點(diǎn)、多參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)掛在墻壁上,其他采集節(jié)點(diǎn)放在地坪上,基站節(jié)點(diǎn)放在控制室,通過以太網(wǎng)連接遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。根據(jù)行業(yè)規(guī)范,插入糧堆內(nèi)的糧食溫度、水分和儲(chǔ)糧害蟲檢測(cè)傳感器的放置遵守水平方向點(diǎn)間距≤4m、垂直方向點(diǎn)間距≤2m、糧面下和地坪上0.5m處必須設(shè)點(diǎn)等原則。儲(chǔ)糧害蟲采集節(jié)點(diǎn)的采樣周期設(shè)定為0.2ms,采樣數(shù)據(jù)壓縮后發(fā)送,其他采集節(jié)點(diǎn)的采樣周期設(shè)定為5min,采樣數(shù)據(jù)組合后發(fā)送;所有采集節(jié)點(diǎn)采用時(shí)間觸發(fā)方式工作,簇首節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)采用事件觸發(fā)方式工作,所有節(jié)點(diǎn)配置3Ah鋰電池;節(jié)點(diǎn)間時(shí)鐘同步、網(wǎng)絡(luò)地址分配、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置、IP地址分配、無線網(wǎng)絡(luò)搜索等方法見文獻(xiàn)。試驗(yàn)時(shí)間從2010-02-23-2010-05-28,共95d;試驗(yàn)方法是對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)讀取數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心收到的數(shù)據(jù),計(jì)算不同節(jié)點(diǎn)能耗、節(jié)點(diǎn)故障發(fā)生率、數(shù)據(jù)誤差、數(shù)據(jù)包傳輸率并對(duì)其進(jìn)行分析;試驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)糧情數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、可靠、無線傳輸。4.2故障判斷標(biāo)準(zhǔn)主要試驗(yàn)結(jié)果如表2、圖6~8所示。針對(duì)4類承擔(dān)不同數(shù)量通信、計(jì)算、采樣任務(wù)的節(jié)點(diǎn),表2給出了試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)的電池電量數(shù)據(jù)?？梢钥吹?試驗(yàn)期間,第1類節(jié)點(diǎn)消耗了電池總電能的19%,第2類節(jié)點(diǎn)消耗了42%,第2類節(jié)點(diǎn)消耗了78%,第4類節(jié)點(diǎn)消耗了66%,電池都沒有消耗完畢。表明系統(tǒng)可連續(xù)工作3個(gè)月以上。圖6給出了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障發(fā)生率(發(fā)生故障節(jié)點(diǎn)數(shù)占總節(jié)點(diǎn)數(shù)(177個(gè))的百分比)變化曲線,故障判斷標(biāo)準(zhǔn)為:如果基站節(jié)點(diǎn)連續(xù)30min收不到采集節(jié)點(diǎn)或簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包,則認(rèn)為該采集節(jié)點(diǎn)或整個(gè)分簇發(fā)生故障?？梢钥吹?最初的58d內(nèi)(2010-02-23-2010-04-21),故障率為0%,第59天(2010-04-22)關(guān)閉了用于2個(gè)已出庫(kù)糧堆的傳感器(14個(gè)),隨后的37d內(nèi)