基于ZigBee的糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究的中期報(bào)告

基于ZigBee的糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究的中期報(bào)告摘要本文介紹了基于ZigBee的糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究進(jìn)展和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該系統(tǒng)由節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、中心節(jié)點(diǎn)和云平臺(tái)組成，可實(shí)現(xiàn)對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)溫度、濕度、氧氣濃度和二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。在實(shí)驗(yàn)中，我們使用三個(gè)節(jié)點(diǎn)分別采集了不同位置的環(huán)境數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)傳輸?shù)街行墓?jié)點(diǎn)并與預(yù)設(shè)閾值比較，通過(guò)LED燈和蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)進(jìn)行可視化展示和數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具備較高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度，能夠滿足糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要。關(guān)鍵詞：ZigBee；糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)；節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)；中心節(jié)點(diǎn)；云平臺(tái)AbstractThispaperpresentstheresearchprogressandexperimentalresultsoftheZigBee-basedgrainwarehouseenvironmentalmonitoringsystem.Thesystemconsistsofnodenetwork,centralnodeandcloudplatform,whichcanrealizereal-timemonitoringandalarmoftemperature,humidity,oxygenconcentrationandcarbondioxideconcentrationinthegrainwarehouse.Intheexperiment,weusedthreenodestocollectenvironmentaldatafromdifferentlocations,whichweretransmittedtothecentralnodeandcomparedwiththepresetthresholdvalues.ThealarmwastriggeredbyLEDandbuzzer,andthedatawereuploadedtothecloudplatformforvisualizationanddataanalysis.Theexperimentalresultsshowthatthesystemhashighstabilityandaccuracy,andcanmeettheneedsofgrainwarehouseenvironmentalmonitoring.Keywords:ZigBee;grainwarehouseenvironmentalmonitoring;nodenetwork;centralnode;cloudplatform1.引言糧食是人類的重要食物來(lái)源，其質(zhì)量安全直接關(guān)系到人們的健康和生命。而糧倉(cāng)環(huán)境則是影響糧食存儲(chǔ)質(zhì)量和安全的關(guān)鍵因素之一。在傳統(tǒng)的糧倉(cāng)監(jiān)測(cè)方法中，需要人工定期巡查和記錄環(huán)境參數(shù)，存在監(jiān)測(cè)精度低、誤差大、人力成本高等問(wèn)題。因此，研究一種自動(dòng)化、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)勢(shì)在必行。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork，WSN)是一種由大量分布式傳感器節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，具有自組織、自適應(yīng)、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。ZigBee是一種低功耗、低速率的無(wú)線傳輸協(xié)議，適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多、每個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)量較小的場(chǎng)景。本文基于ZigBee技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)糧倉(cāng)內(nèi)環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，并將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)進(jìn)行分析。本文介紹了該系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和軟件實(shí)現(xiàn)，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析。2.系統(tǒng)架構(gòu)2.1系統(tǒng)組成該糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、中心節(jié)點(diǎn)和云平臺(tái)組成。其中，節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以采集環(huán)境參數(shù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行墓?jié)點(diǎn)。中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)沫h(huán)境數(shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，觸發(fā)報(bào)警信號(hào)并將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)。云平臺(tái)則負(fù)責(zé)展示和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。2.2系統(tǒng)硬件節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)硬件主要包括：溫濕度傳感器、氧氣濃度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、ZigBee通信模塊和微處理器等組成的小型電路板。中心節(jié)點(diǎn)的硬件包括：ZigBee通信模塊、微處理器、LED燈和蜂鳴器等組成的小型電路板。云平臺(tái)則需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)和連接互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，以及可視化和數(shù)據(jù)處理軟件。2.3系統(tǒng)軟件該系統(tǒng)使用嵌入式C語(yǔ)言編寫節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和中心節(jié)點(diǎn)的程序，并使用Python編寫云平臺(tái)程序。節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和中心節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)ZigBee通信模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)連接，與云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。云平臺(tái)使用Flask框架搭建服務(wù)器，使用Chart.js實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，使用Pandas進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果在實(shí)驗(yàn)中，我們采用了三個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別放置在不同位置，節(jié)點(diǎn)1負(fù)責(zé)采集溫度和濕度，節(jié)點(diǎn)2負(fù)責(zé)采集氧氣濃度，節(jié)點(diǎn)3負(fù)責(zé)采集二氧化碳濃度。每個(gè)節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較。當(dāng)環(huán)境參數(shù)的數(shù)值超過(guò)閾值時(shí)，中心節(jié)點(diǎn)觸發(fā)LED燈和蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)。在云平臺(tái)上，我們可以看到實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)圖表，如圖1所示?？梢钥吹?，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地采集并顯示環(huán)境參數(shù)的變化情況，并能夠進(jìn)行報(bào)警和上傳數(shù)據(jù)。圖1糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示4.結(jié)論與展望本文介紹了基于ZigBee的糧倉(cāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)