冷藏車(chē)車(chē)廂微環(huán)境信息感知系統設計

摘要：針對冷藏車(chē)車(chē)廂微環(huán)境信息感知實(shí)時(shí)監測的需要，設計冷藏車(chē)車(chē)廂微環(huán)境信息感知系統。在ZigBee技術(shù)和GPRS遠程傳輸技術(shù)應用的基礎上，設計了基于ZigBee的數據采集節點(diǎn)，構建了冷藏車(chē)車(chē)廂微環(huán)境中的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)開(kāi)發(fā)了冷藏車(chē)車(chē)廂微環(huán)境信息感知系統，解決了數據采集和實(shí)時(shí)監測及遠程數據預警問(wèn)題。通過(guò)微環(huán)境信息采集系統在溫度為0℃和相對濕度為90％的環(huán)境下對冷藏車(chē)內微環(huán)境進(jìn)行的數據傳輸包收發(fā)率測試證明，其結果可靠率達85％以上，證明該系統可以應用于冷藏車(chē)車(chē)廂微環(huán)境信息的采集與監測。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；微環(huán)境；數據采集；實(shí)時(shí)監測；ZigBee

0 引言
隨著(zhù)國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平快速提高，人們對食品的新鮮度、營(yíng)養價(jià)值和食品安全方面的要求也逐漸提高。冷鏈是以保證物品品質(zhì)為目的，使其保持低溫環(huán)境為核心要求的供應鏈系統。冷藏車(chē)是冷鏈的重要環(huán)節，伴隨整個(gè)冷鏈過(guò)程，也伴隨著(zhù)物品從產(chǎn)地、工廠(chǎng)、儲藏、零售等每個(gè)環(huán)節間的流動(dòng)。車(chē)廂微環(huán)境感知對冷藏車(chē)至關(guān)重要，對保持果蔬正常生理和優(yōu)良品質(zhì)是極為重要的。所以，在流通過(guò)程中，都要求對冷藏運輸系統的全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)做環(huán)境信息的感知、傳輸和處理，跟蹤微環(huán)境控制情況。
由于冷藏車(chē)車(chē)廂與駕駛室是隔開(kāi)的，因此，及時(shí)掌握冷藏車(chē)廂里的信息十分重要?；跓o(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)的監測系統為冷藏車(chē)廂內環(huán)境信息的采集提供了很好的途徑。ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )由于其具有低成本、低功耗和自組網(wǎng)功能，因而具有低成本、低功耗、小體積、安全性強的特點(diǎn)。GPRS通信技術(shù)是一種高效、低成本的無(wú)線(xiàn)分組數據業(yè)務(wù)，可提供TCP／IP連接，可用于Internet連接、數據傳輸等，同時(shí)其具有網(wǎng)絡(luò )運行穩定、傳輸距離遠、不受時(shí)間和空間的限制等特點(diǎn)，因而被廣泛應用于遠距離數據傳輸。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )作為一種新的信息獲取技術(shù)，憑借其低功耗、低成本、高可靠性等特點(diǎn)，已逐漸滲透到農業(yè)生產(chǎn)、藥品監管、物流等領(lǐng)域。在本文之前，郭斌等基于ZigBee技術(shù)的JN5139為無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)信息處理的核心，結合溫濕度傳感器模塊設計了采集節點(diǎn)，構建了車(chē)載環(huán)境中的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，結合嵌入式和．net技術(shù)開(kāi)發(fā)了果蔬冷鏈配送環(huán)境信息采集上位機軟件，解決了數據采集和實(shí)時(shí)監測的問(wèn)題。韓芝俠則以射頻芯片CC2500、微控制PIC18F4620及M23模塊為核心，設計了系統網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的硬件平臺，給出了網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器和終端節點(diǎn)的軟件設計流程。顧延濤等設計了一種以ARM11高性能微處理器為核心的嵌入式車(chē)載信息采集系統，并通過(guò)ZigBee技術(shù)和GPS定位技術(shù)實(shí)現對儲運參數的采集，同時(shí)采用GSM網(wǎng)絡(luò )的短信業(yè)務(wù)實(shí)現對儲運參數的傳輸。李雪剛則利用ARM處理器和嵌入式Linux技術(shù)，結合無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)智能手機客戶(hù)端實(shí)現了可隨時(shí)隨地進(jìn)行C／S模式的遠程監控的智能農業(yè)系統。
本文針對冷鏈儲運設備在儲運過(guò)程中微環(huán)境調控精度低、儲運農產(chǎn)品質(zhì)量安全保障性差等突出問(wèn)題，提出了一種冷藏車(chē)車(chē)廂微環(huán)境信息感知系統。該系統是一種基于ZigBee技術(shù)和GPRS技術(shù)相結合的遠程信息采集、監控、傳輸以及網(wǎng)絡(luò )發(fā)布系統，可實(shí)現車(chē)廂微環(huán)境農產(chǎn)品品質(zhì)監測以及設備微環(huán)境的監測與調控。

1 系統結構
冷藏車(chē)車(chē)廂微環(huán)境信息感知系統由信息采集模塊、數據傳輸模塊與感知軟件模塊等3部分組成。信息采集模塊通過(guò)不同集成度的智能傳感器來(lái)實(shí)時(shí)采集蘋(píng)果儲藏環(huán)境中的溫度、氧量、二氧化碳含量、乙烯等信息。數據傳輸模塊將采集信號傳送至ZigBee無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)，并通過(guò)ZigB ee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構建立基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )，將所采集的數據周期性傳輸至主節點(diǎn)：主節點(diǎn)收到數據后，由微處理器模塊對數據進(jìn)行存儲與管理，并傳輸給GPRS模塊，由GPRS網(wǎng)絡(luò )將采集的數據傳輸至接收模塊，將數據存儲于服務(wù)器。感知軟件模塊通過(guò)數據庫服務(wù)平臺和數據庫接收存儲程序實(shí)現對數據的實(shí)時(shí)監控與數據超限報警，從而實(shí)現對冷藏車(chē)車(chē)廂內微環(huán)境的感知與遠程控制預警。圖1所示是其冷藏車(chē)車(chē)廂微環(huán)境信息感知系統的結構圖。

ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )負責數據采集和監測，同一個(gè)站點(diǎn)由多個(gè)傳感器節點(diǎn)和一個(gè)匯聚節點(diǎn)組成，傳感器節點(diǎn)之間通過(guò)自組織方式組成網(wǎng)絡(luò )，傳感器節點(diǎn)監測的數據沿著(zhù)其他傳感器節點(diǎn)逐跳地進(jìn)行傳輸，經(jīng)過(guò)多個(gè)節點(diǎn)跳轉傳輸后，路由到匯聚節點(diǎn)。每個(gè)傳感器節點(diǎn)可以根據不同的需求接入相應的傳感器和執行設備。各站點(diǎn)的匯聚節點(diǎn)通過(guò)GPRS模塊實(shí)現遠程數據傳輸，以把數據發(fā)送到終端服務(wù)器。然后由終端服務(wù)器軟件采用B／S體系架構對數據進(jìn)行處理。