基于雙通信模式的分布式糧情測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第30卷第4期河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版Vo.l 30,N o .42009年8月Journa l o fH enan Un iversity of Techno l o gy(N atural Sc i e nce EditionAug .2009 收稿日期:2009 04 15作者簡(jiǎn)介:劉杰(1971 ,男,河南尉氏人,講師,主要從事單片機(jī)及嵌入式技術(shù)應(yīng)用的研究.文章編號(hào):1673 2383(200904 0072 05基于雙通信模式的分布式糧情測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)劉 杰1,張紅梅2(1.河南廣播電視大學(xué),河南鄭州450008;2.河南工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,河南鄭州450001摘要:針對(duì)糧

2、倉(cāng)測(cè)控需求,提出了基于雙重通信模式的分布式糧情測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,利用電力線載波和zi g bee 無(wú)線通信相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)信息的測(cè)與控.通過(guò)分析分布式糧情測(cè)控系統(tǒng)的組成和工作過(guò)程,給出相應(yīng)測(cè)控模塊的軟硬件設(shè)計(jì).關(guān)鍵詞:糧情;測(cè)控系統(tǒng);雙通信模式;分布式中圖分類號(hào):TS 210 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B0 前言糧食儲(chǔ)存的主要問(wèn)題是如何隨時(shí)掌握糧倉(cāng)內(nèi)糧食的質(zhì)量變化情況,保證入庫(kù)糧食在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不變質(zhì).在存儲(chǔ)過(guò)程中,糧食主要受溫度、濕度及其他因素的影響,可能出現(xiàn)發(fā)熱霉變、蟲(chóng)害孳生等情況,根據(jù)官方數(shù)據(jù),因上述等因素在存儲(chǔ)階段損失的糧食約占總量的0.2%,農(nóng)戶家庭儲(chǔ)糧的損失率更高1.在4項(xiàng)儲(chǔ)糧新技術(shù)中(谷物冷

3、卻、循環(huán)通風(fēng)、環(huán)流蒸熏,糧情測(cè)控中,糧情測(cè)控是基礎(chǔ),是糧食儲(chǔ)藏成敗的關(guān)鍵,為了減少糧食的損失,保證糧食品質(zhì),就必須準(zhǔn)確及時(shí)掌握儲(chǔ)存過(guò)程中各種物理因素尤其是溫度和濕度的變化情況,找出其變化的規(guī)律及影響,并執(zhí)行及時(shí)可行的調(diào)控策略.隨著電子技術(shù)的發(fā)展,我國(guó)已有各個(gè)廠家研制成功了品種多樣、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異的糧情測(cè)控系統(tǒng),這些系統(tǒng)普遍采用485總線或CAN 總線結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)需要鋪設(shè)專用線路,這樣不但施工量大而且線路出現(xiàn)故障時(shí)不易維修.也有利用電力線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的測(cè)控系統(tǒng),采用電力線載波的確減少了鋪設(shè)專用線路,減少了施工工作量,降低了施工成本和系統(tǒng)成本2;但是一般電力線在建設(shè)糧倉(cāng)時(shí)已經(jīng)鋪設(shè)完畢,且大多埋于墻體

4、內(nèi)部,給施工帶來(lái)一定影響,同時(shí)還存在布點(diǎn)不夠靈活的缺點(diǎn).單純使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò),只能完成數(shù)據(jù)的檢測(cè),無(wú)法針對(duì)糧情采取控制措施3 4.針對(duì)上述問(wèn)題,作者提出了一種基于電力線載波和無(wú)線通訊相結(jié)合的新型糧情測(cè)控系統(tǒng)方案.1 系統(tǒng)組成及工作過(guò)程1.1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成如圖1所示.圖1 系統(tǒng)組成整個(gè)系統(tǒng)由1臺(tái)上位機(jī)、1臺(tái)測(cè)控主機(jī)、若干個(gè)測(cè)控分機(jī)(每個(gè)糧倉(cāng)或廒間1臺(tái)、若干個(gè)溫度濕度采集器、測(cè)量傳感器和風(fēng)機(jī)控制器組成,其中上位機(jī)和測(cè)控主機(jī)之間采用RS232通信,測(cè)控分機(jī)與測(cè)控主機(jī)以及風(fēng)機(jī)控制器之間采用電力線載波方式進(jìn)行通信和控制,采集器與測(cè)控分機(jī)之間第4期劉 杰等:基于雙通信模式的分布式糧情測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)73 系統(tǒng)

5、上電初始化后,上位機(jī)根據(jù)人員的操作或自動(dòng)將命令發(fā)送給測(cè)控主機(jī),測(cè)控主機(jī)通過(guò)電力線向測(cè)控分機(jī)發(fā)出命令.上位機(jī)選用普通的PC 兼容機(jī),其主要功能是存儲(chǔ)所有被測(cè)定的歷史數(shù)據(jù),處理測(cè)控主機(jī)收集上傳來(lái)的數(shù)據(jù)并根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)測(cè)控主機(jī)向測(cè)控分機(jī)發(fā)送控制命令.采集器接收測(cè)控分機(jī)的命令采集各測(cè)量點(diǎn)的溫度和濕度,轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,并向測(cè)控分機(jī)發(fā)回?cái)?shù)據(jù).測(cè)控分機(jī)采用循環(huán)方式收集糧倉(cāng)內(nèi)的所有采集器的溫度濕度等數(shù)據(jù)、倉(cāng)外空氣的溫度濕度數(shù)據(jù),將這些數(shù)據(jù)保存并進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理,根據(jù)簡(jiǎn)單處理的結(jié)果控制風(fēng)機(jī)的起停;同時(shí)通過(guò)電力線向測(cè)控主機(jī)發(fā)回?cái)?shù)據(jù). 圖2 系統(tǒng)狀態(tài)載波芯片采用SGS THOM SON 公司的ST75385,該芯片是

6、專門為電力線網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)的,除了具有一般電力線波芯片的信號(hào)調(diào)試解調(diào)功能外,還針對(duì)電力線應(yīng)用加入了許多特別的信號(hào)處理手段,利用ST7538組成的電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)接口如圖3所示.圖3 測(cè)控主機(jī)電力線載波接口測(cè)控分機(jī)也采用單片機(jī)系統(tǒng),采用CC2430MC U.CC2430出自N I 公司674 河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版第30卷證在與上位機(jī)通信出現(xiàn)故障時(shí)糧情的測(cè)控.測(cè)控分機(jī)的電力線載波接口如圖4所示. 圖4 測(cè)控分機(jī)電力線載波接口圖4中CC2430為測(cè)控分機(jī)端的控制單片利用CC2430的P0口和P1口,可以連接15個(gè)傳感器.將傳感器DATA 端并聯(lián),接CPU 的P00圖5 傳感器接口2 通信協(xié)議

7、和算法設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的通信協(xié)議主要包括無(wú)線通信和電力線載波通信兩部分.其中采集器和測(cè)控分機(jī)之間采用無(wú)線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,測(cè)控分機(jī)和測(cè)控主機(jī)之間使用電力線載波通信方式進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)交換;每個(gè)采集器和測(cè)控分機(jī)都內(nèi)置一個(gè)24位的地址,這樣可以確保每一個(gè)采集器和測(cè)控分機(jī)都具有一個(gè)唯一的通信地址,其中采集器地址的前8位作為子網(wǎng)內(nèi)的標(biāo)識(shí).設(shè)置一個(gè)廣播地址,用于測(cè)控主機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的測(cè)控分機(jī)廣播命令和測(cè)控分機(jī)對(duì)子網(wǎng)內(nèi)采集器廣播命令.因此系統(tǒng)能夠避免采集器之間的數(shù)據(jù)干擾和采集器與測(cè)控分機(jī)之間的干擾問(wèn)題.數(shù)據(jù)幀格式如下所示:目的地址源地址命令類型傳感器類型數(shù)據(jù)校驗(yàn)其中目的地址、源地址和命令類型各占3字節(jié),傳感器類型占1

8、字節(jié),數(shù)據(jù)占15字節(jié),檢驗(yàn)占1字節(jié),1幀共計(jì)26字節(jié).測(cè)控主機(jī)主要算法流程如圖6所示.測(cè)控主機(jī)接收到上位機(jī)的命令后,判斷是否是測(cè)量數(shù)據(jù)的命令,如果是,則廣播測(cè)量數(shù)據(jù)的命第4期劉 杰等:基于雙通信模式的分布式糧情測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)75令,然后等待接收測(cè)控分機(jī)傳回的數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī).如果不是, 就廣播控制命令,讓測(cè)控分機(jī)控制風(fēng)機(jī)工作,然后等待下一次上位機(jī)發(fā)出的命令.測(cè)控分機(jī)主要算法流程如圖7所示. 測(cè)控分機(jī)接收到發(fā)給本機(jī)的命令后,判斷是測(cè)量數(shù)據(jù)還是控制風(fēng)機(jī)的命令,如果是控制風(fēng)機(jī)的命令,則向風(fēng)機(jī)控制器發(fā)送控制命令,控制風(fēng)機(jī)工作.!采集器工作流程如圖8所示.采集器經(jīng)過(guò)初始化后,接收發(fā)給本采集器的命

9、令,如果是采集數(shù)據(jù)的命令,則啟動(dòng)傳感器工作,采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)回傳給測(cè)控分機(jī).如果是對(duì)圖8 采集器工作流程3 結(jié)論作者所設(shè)計(jì)的基于電力線載波和無(wú)線通信相結(jié)合的分布式糧情測(cè)控系統(tǒng),利用了無(wú)線通信方式,收集糧倉(cāng)中溫濕度情況,再通過(guò)電力線載波方式將各個(gè)糧倉(cāng)中的溫濕度數(shù)據(jù)收集、上傳到PC 機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì),根據(jù)糧倉(cāng)內(nèi)外溫濕度差異,對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制,有效調(diào)節(jié)糧倉(cāng)的溫濕度.系統(tǒng)充分利用了已有資源,避免了鋪設(shè)專用線路,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì).在溫濕度的測(cè)量方面具有測(cè)量準(zhǔn)確,采集面廣、采集器布置靈活的特點(diǎn).其控制功能可以根據(jù)需要進(jìn)行增減,如添加紫外線殺蟲(chóng)功能等.參考文獻(xiàn):1 加強(qiáng)病蟲(chóng)害控制和儲(chǔ)糧能力,減少糧食損失E

10、B /OL.(2007 12 062008 12 20.3 陳偉歌.基于Z i g Bee 技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)溫度檢測(cè)系統(tǒng)J.現(xiàn)代電子技術(shù),2008(12:47 48.4 嚴(yán)新忠.糧庫(kù)溫濕度無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)J.儀器儀表設(shè)計(jì),2008(2:14 15.5 STM icroelectronics 公司.ST7538數(shù)據(jù)手冊(cè)dl/docs/prod /datast/shtxx .pd.f76河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版第30卷DESIGN OF D I STR IBUTED GRA IN INF ORMATION MEA S UREMENT AND CONTROL S YSTEM BA SED ON DUAL

11、COM MUN ICAT ION MODEL IU Jie1,ZHANG H ong m e i2(1.H enan Rad io&TV Universit y,Zhengzhou450008,China;(2.School of Infor mation Science and Engineeri n g,H enan University o f Technology,Zhengzhou450001,China Abst ract:To ensure the safe ty of stored g rain,it is t h e necessary to kno w the gra i

12、n conditi o n acc urately and ti m ely by m easuri n g and contro lli n g.Based on the de m and,a desi g n sche m e of a distri b u ted grain i n for m ation m easure m ent and control syste m based on the dua l co mmunicati o n m ode w as proposed to ach ieve storage infor m ati o n m easure m ent

13、and con tro l by usi n g the co m b i n ation o f po w er li n e carrier and zi g bee radio co mmunica ti o n.The so ft w are and hard w are desi g n of the corresponding m easure m ent and controlm odu le w as put for w ar d by analyzing of the co mposition and the wo r k i n g process o f the syst

14、e m.The syste m desi g n sche m e has so m e re ference value for the research o fm easure m ent and control syste m s i n si m ilar field.K ey w ords:grai n conditi o n;m easure m ent and contr o l syste m;dua l co mm un i c ation m ode;distributed(上接第57頁(yè)EFFECT OF COM P OUND P ROTEIN FEED FROM K IT

15、CH EN LEFTOVER ON GROWTH PERFORMANCE AND M EAT QUAL ITY OFGRO W ING-FIN I S H ING PIGLIU Lai ti n g1,2,MAO L ian hua1,2,MA Q iu gang2,ZHANG Jian yun2,L IU Q i n g m e i3,TANG Jie lan3,Y IN Pe i hu i3(1.School o f B iotechno logy,H enan Un i v ersit y of Technology,Zhengzhou450052,China;2.S tate K ey

16、 Laboratory of Ani m alNu trition,China Agricultural University,B eijing10094,China;3.B eijing Z i y uan G roup,B eijing102600,ChinaAbst ract:The experi m ent w as conducted to study the effects of co m pound prote i n feed fr o m the k itchen le fto ver on the gro w th perfor m ance,heavy m eta l c

17、ontent and m eat quality o f gro w ing finishi n g pigs and to study the opti m al a m ount of the co m pound pr o te i n feed i n t h e diets o f the gro w ing fi n ishing pigs.160w h ite gro w i n g fin ish i n g pigs w ith t h e w e i g ht o f75kg w ere rando m l y div i d ed i n to4groups,w ith4

18、replicates i n each group.The 4g r oups i n c l u ded a control group fed w ith corn soybean m eal basal diets,and three experi m ental groups fed w it h diets conta i n i n g the co m pound protei n feed w ith an a m oun t o f4%,8%and12%,respectively.The re su lts sho w tha:t the experi m enta l group feeding w ith the d iets containing8%co m pound prote i n is superi o r to t h e contr o l group i n t h e average da ily gain,feed conversion rati o and dressi n g percen tage;the diets containing 12%co mpound protei n have no adverse influences on the g r ow th perfor m ance