射频技术在粮仓无线监控系统中的应用.docx

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1、射频技术在粮仓无线监控系统中的应用ronggang导语：本文给出了基于射频技术的粮仓无线监控系统，描绘了粮仓无线监控系统的组成、原理和设计，并重点阐述了基于CC1020射频芯片和PIC单片机的无线通讯终端的硬件和软件设计摘要：利用射频技术传输数据具有耗资小、体积小、使用灵敏和易于扩展等优点，为无线监控系统提供了一个较好的选择。本文给出了基于射频技术的粮仓无线监控系统，描绘了粮仓无线监控系统的组成、原理和设计，并重点阐述了基于CC1020射频芯片和PIC单片机的无线通讯终端的硬件和软件设计。关键词：射频;粮仓无线监控系统;无线数据传输;CC10201.引言粮食的平安存储是关系到国计民生的战略大事

2、，科学保粮具有重要的社会意义与经济价值。粮仓监控系统主要完成对粮食温度、湿度和气体浓度等参数的收集、存储和向监控中心传送数据以及执行监控中心的指令等功能。传统的粮仓监控系统中粮仓与监控中心大多采用RS-485等有线连接的数据通讯方式，使得系统抗干扰差、连线繁多、扩展困难;当一个节点出现问题时还会影响整个系统，不利于粮仓的监控与治理。为此，本文给出了一种基于射频技术的粮库无线监控系统。2.监控系统的组成和设计粮食在存储期间，由于环境、气候和透风条件等因素的变化，粮仓内的温度或者湿度会发生异常，这极易造成粮食的腐烂或者发生虫害。同时粮仓中粮食储存质量还受到粮仓中气体、微生物以及虫害等因素的影响。针

3、对粮食存储的特殊性，粮仓监控系统一般以粮仓和粮食的温度与湿度为主要检测参数，粮仓内气体成分含量为辅助参数。粮仓无线监控系统由粮仓粮情检测点、无线通讯终端和监控中心等组成，其系统构造示意图如图1所示。align=center图1.系统构造示意图/align粮仓无线监控系统主要具有数据收集与传送、数据分析与处理、数据存储与检索、数据表格显示与打印输出、实时控制以及报警等功能。现场监测仪收集粮仓粮情的相应参数,如粮食温度、仓库温度、相对湿度、粮食水分、粮仓内二氧化碳和硫化氢气体含量等,并定时或者根据指令发送至监控中心;监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比拟，假设实

4、测值超出设定范围，那么通过屏幕显示报警或者语音报警，并打印记录。与此同时，监控中心可向现场监测仪发出控制指令，监测仪根据指令控制空调器、吹风机、除湿机等设备进展降温除湿，以保证粮食存储质量。监控中心也可以通过报警指令来启动现场监测仪上的声光报警装置，通知粮库治理人员采取相应措施来确保粮食存储平安。粮仓无线监控系统各局部的主要组成如下：1.现场监测仪。现场监测仪由温度传感器、湿度传感器、气体浓度传感器等传感器和微控制器及控制信号输出模块等构成。2.无线通讯终端。无线通讯终端由无线收发芯片和微控制器组成。3.监控中心。PC机、监控治理软件构成了监控中心的主体。3.无线通讯终端的硬件和软件设计3.1

5、无线通讯终端的硬件设计无线通讯终端由无线收发芯片和微控制器组成。本系统中的无线通讯终端采用CC1020为收发芯片，PIC16F73单片机为微控制器。CC1020是Chipcon公司推出的基于SmartRF技术的全集成无线收发芯片。它工作在402-470MHZ、804-940MHZ等ISMIndustrial,ScientificandMedical与SRDShortRangeDevice频段，采用频移键控FSK调制，集成锁相环PLL、压控振荡器VCO、功率放大器PA、低噪声放大器LNA、调制解调器DEMOD等功能，具有低电压、低功耗、高灵敏度、传输间隔远、尺寸小等优点，与很少的一些外围器件搭配

6、就可以设计成强大的具有无线通讯功能的嵌入式系统。PIC16F73是Microchip公司开发推出的低功耗、高性能的8位单片机，采用双总线构造指令总线和数据总线别离和精简指令构造，具有8Kb的Flash、192字节的片内RAM、串口和SPI接口，很好的知足了本终端对微控制器的要求。CC1020有32个引脚，它通过PDI、PDO、PCLK和PSEL这四个引脚与PIC16F73单片机的I/O端口相连，CC1020的应用原理图如图2所示。align=center图2.CC1020的应用电路示意图/align在对无线通讯终端进展印刷电路板PCB的设计时，需要留意以下几个问题：1.固然CC1020外围器件

7、少，集成度高，并集成了基带处理，设计比拟方便，但由于高频电路的特性，加上CC1020的混和电路信号设计，因此PCB的设计直接关系到射频性能。为了获得较好的射频性能，PCB设计至少需要两层板来实现，PCB分成射频电路和控制电路两局部布线。2.为了减少分布参数对性能的影响，在PCB中应该防止长的走线，所有元器件的地线、AVDD连接线、VDD去藕电容必须离CC1020尽可能的近。CC1020的电源必须经过很好的滤波，并且与数字电路的供电别离，在离电源脚AVDD尽可能近的地方用高性能的电容去藕，最好是一个小电容与大电容并联。3.PCB板的顶层与底层最好敷铜着地，把这两层的敷铜用较多的过孔严密相连。所有

8、的开关信号与控制信号都不能经过RF_IN和RF_OUT的电感附近。3.2无线通讯终端的软件设计终端的软件采用专门为PIC单片机设计的C语言CC5X，该语言与ANSIC兼容，并针对PIC单片机进展了优化，可以为PIC单片机产生优质高效的代码。由于PIC16F73单片机要实现与用户以及CC1020的通讯和数据打包，因此该软件借用了Windows系统的消息循环机制设计，采用消息循环的体系构造。这种构造使得程序明晰、可扩展性强、可移植性好。图3为软件的程序构造及主循环示意图。align=center图3.程序构造及主循环示意图/align该软件总体采用了消息驱动机制。在系统内部存放器和变量初始化完成后

9、就可进入主循环程序查询系统消息。系统消息一般是单片机外部或内部事件通过单片机中断系统鼓励单片机进展的。为了使系统产生和相应消息，必须启动单片机的中断系统，因此在进入主循环前启动单片机定时中断、串行通讯中断、外部触发中断。程序初始化局部在单片机上电或者复位后只执行一次，单片机在正常工作时始终都在主循环中反复检测消息是否存在，并根据消息的不同种类而做出不同的操纵，最后去除相应的消息标志，再进展循环检测信息。在设计软件时，需要留意各状态转换的时延。无线通讯终端在发送数据前需要将电路置于发射状态;接收形式转换成发射形式的转换时间至少为0.5ms;可以发送任意长度的数据;发射形式转换成接收形式的转换时间

10、至少为3ms。3.3无线通讯终端的通讯可靠率及传输间隔困扰无线通讯的一个主要问题就是无线通讯的误码率较高。在本无线通讯终端的设计中，物理层上CC1020采用的是差分曼彻斯特编码方式传输数据，进而保证了通讯中的同步问题;在数据链路层，使用了CRC循环冗入编码进展了数据帧校验，用以保证数据到达用户应用层后的可靠性;在应用层，单片机软件采取了对要发送的数据打包以及增加校验码等方式来进步通讯的可靠率。经实际测试，当传输速率为9600Kbps、通讯间隔为800m郊区开阔地时，无线通讯终端的通讯误码率为-。无线通讯中，通讯间隔与发射端的发送功率以及接收端的接收灵敏度有着直接关系，与通讯所处的环境的也有亲密

11、关系。本无线通讯终端的发送功率为10mW，通讯速率为9600Kbps、通讯二进制误码率为条件下，终端的接收灵敏度为-110dBm。在天线高于地面3m的可视情况下，可靠通讯间隔大于800m。在郊区粮仓环境下，通讯速率为9600Kbps时可靠通讯间隔为600m左右，较好的知足了粮仓监控系统的要求。假如对通讯间隔有更高要求时，可适当增加发射功率，以增加传输间隔。4.完毕语本文针对传统粮仓监控系统的缺乏，提出了一个基于射频技术实现的粮仓无线监控系统，并给了无线通讯终端的硬件与软件实现。理论说明，本粮仓无线监控系统工作稳定可靠，它能有效的解决传统粮仓监控系统中有线数据传输方式连线繁多、可扩展性差等缺点，

12、具有通讯可靠、投资少、利于扩展等优点;监控中心监控治理软件所具有的打印报表、超限报警和无线控制等功能可有效的进步系统工作效率;增加的粮仓气体浓度检测对进步粮食存储质量、减少粮食损失具有很好的效果。另外本监控系统具有很好的适应性，稍加改造也应用于其它需要近间隔无线监控的场合。1.SmartRFCC1020PreliminaryDatasheetRev1.8.ChipconAS,2005.2.PIC16F7XDataSheet.MicrochipTechnologyInc,2002.3.涂海燕熊瑞平.基于无线数传的粮库害虫监测系统的设计J.微计算机信息,200602s:135137,110.4.周进侯方勇.计算机射频通讯的实例与关键技术J.计算机工程与科学,20054:99101,110.5.夏芸.CC1010芯片在无线传感器网络节点设计中的应用J.电子工程师,20055:6668.