基于ZigBee技术的烟叶仓库温湿度监测系统

　　0　引言

　　在卷烟生产过程中,为保证卷烟生产的产品质量,降低原材料的损失,卷烟生产的每道工序都对烟叶含水量要求较高。其中烟叶仓储环节是重要环节之一,它直接影响着烟叶发酵醇化质量和成品烟品质,对于不同产地、不同含水率、不同品种、等级的烟叶,在仓储过程中,仓库环境温湿度的变化和波动,都会对自然发酵的进度、卷烟质量有很大影响。有效监控仓库温度、湿度和空气品质,保证烟叶发酵醇化质量,防止烟包“烧包”和“受潮”,是烟叶仓库的主要目标[1]。目前的监测系统基本是基于有线的方式来完成,即:传感器+变送器+处理器及显示器件等组成。这种有线方式,限制了传感器放置位置的灵活性,且需要布置大量电线,给实际应用带来了诸多不便。基于上述原因,介绍了一种基于ZigBee技术的烟叶仓库温湿度监测系统设计方案。

　　1　系统的工作原理及设计方案

　　系统利用基于ZigBee技术的无线传感器网络来完成烟叶仓库的温湿度监测。系统主要由智能传感器节点、路由节点、中心节点组成。其中智能传感器节点根据需要灵活放置在仓库的合适位置来完成监测信号的采集;路由节点布置在仓库门口处,主要负责仓库内各节点的路由及简单的信息显示;中心节点布置在监控室内,主要负责启动网络、组织网络及把整个网络所采集的信息通过RS-232接口传到上位机,最后在上位机上实时地显示各烟叶仓库的温湿度,并且可以把数据进行保存以便统计使用。

　　2　系统硬件设计

　　系统硬件设计主要包括:智能传感器节点、路由节点、中心节点的设计。在这3部分的设计中,关键是无线方案的选择,系统采用将无线收发器和控制器集成在一起的单芯片解决方案,即采用JN5139-Z01-M00模块,该模块为18 mm×30 mm的4层PCB板,模块内部以无线微控制器JN5139为核心,并外扩1Mbit的串行FlashM25P10-A、1支陶瓷天线、1支16 MHz晶振。其中JN5139无线IC集成了一个RSIC的32位CPU、96 KB RAM, 192KB ROM, 4-input12-bitADC, 2个11-bitDAC, 2comparators, 2 Application timer/counters, 3 system timers, 2UARTs (one for in-system debug) , SPI portwith 5 selects, 2-wireserial interface, 21 GPIO[3-4]。

　　2. 1　烟叶仓库内传感器节点设计

　　烟叶仓库内的传感器节点要求灵活部署,不宜采用市电供电方式,只能选用电池供电,因此低功耗是传感器节点设计的重要环节。在低功耗设计方面,主要从电源管理、器件选择、传感器节点工作方式方面加以考虑。在电源管理上,选用DC-DC max756电源芯片,在满载时电源效率可达到87%,即使电池电压低至0·7 V,输出仍为3·3 V, LBO为低压检测输出端,当电池电压低于+1·25 V时,LBO输出低电平,供MCU做出相应的处理。对于器件选择,主要考虑无线IC和传感器的选择,无线IC采用具有低功耗工作模式的JN5139模块;传感器选用基于CMOSensTM技术的数字式温湿度传感器SHT11,实现了数字式输出、免调试、免标定、免外围电路、全互换及自动休眠功能[5]。传感器节点工作方式采用定时唤醒的间歇工作方式,定时把传感器节点从休眠状态唤醒开始数据采集,并向路由节点发送信息,发送完成后又进入休眠状态。其传感器节点原理图如图1所示。