煤炭港口无线通信系统

煤炭港口无线通信系统（精选5篇）

煤炭港口无线通信系统 篇1

1 引言

秦皇岛港是全国大型煤炭枢纽港口, 煤炭年吞吐量数亿吨。煤炭吞吐量的统计十分重要。在煤炭的装卸储运中需要使用到堆料机、取料机、装船机等大型生产设备。为了便于统计煤炭流量, 在这些机械设备上均装有皮带秤装置。而且要求中央控制室同时得到皮带秤上的实时数据和累积数据。以便统一管理, 协调生产。这样就要求在皮带秤和中控室之间建立通信连接, 实现数据传输。

建立数据传输, 可以使用数据线连接实现有线通信, 也可以使用无线调制解调器实现无线通信。由于这些机械设备在生产作业中经常需要沿轨道前后移动, 若使用有线通信, 数据线容易发生损坏, 影响生产。因此, 港区内较为普遍的使用无线通信方式。

2 总体方案规划

以下主要介绍某港区内无线通信系统的实现。包括三个主站, 十一个分站及两个中继站。通过十六台调制解调器, 在11台大型机械设备上的plc与中控室plc之间建立无线通信链路。实现数据实时通信。

2.1 通信媒体选择

常用通信媒体主要有以下几种:无线电 (窄频、扩频) 、红外线、租用电话线、光缆、屏蔽双绞线、同轴线、其他数据线等。当现场数据采集困难时建议采用无线传输, 主要有以下两种情况:一是物体移动或旋转造成布线困难或根本不可能布线;二是由于长距离或布线困难或不经济或维护困难。

经过现场勘察, 根据该港区内各移动设备工作中不断移动及转动的实际情况, 拟采用无线传输方式, 将各移动设备上的plc信号送入中控室的plc。

2.2 组网说明

2.2.1 该无线通信系统采用点对多点通信方式, 11台移动装卸设备各装一台无线调制解调器和一副全向天线, 调制解调器通过RJ45串口与PLC通信串口通过数据线相连。

2.2.2 中控室设立主站三个。安装无线调制解调器三台, 全向天线三副, 调制解调器通过RJ45串口与中控室PLC串口相连。

2.2.3 由于存在遮挡问题, 在灯塔上安装中继两部。

2.2.4 中控室各主站通过轮循方式与各移动设备上的从站进行通信。

2.3 设备选型

经过广泛的市场调研, 比较了美国郎讯、DATA-LINK GROUP等知名厂家的无线电传输设备, 最终选定美国DATA-LINK GROUP公司SRM6310E无线电调制解调器。

SRM6310E无线电调制解调器无需许可证, 工作于2.4-2.483GHZ的工业、医疗和科研扩展频段。应用智能频谱跳频、扩频技术, SRM6310E可提供最可靠和有力的通信。在无阻挡物的情况下, 两调制解调器之间的通信距离可达到32.18公里。射频数据传输速率为144-188kbps。

SRM6310E安装简单、便宜。支持多种组态, 包括点对点通信和点对多点通信。多点通信对从站数目无限制。SRM6310E可作为中继器工作, 以达到扩展通信距离或克服障碍物通信的目的。是最适合用于移动平台、转车或其他旋转设备上的无线通信设备。

3 关于SRM6310E跳频/扩频以太网无线调制解调器

Data-Linc集团为无线以太网通信提供高可靠性和高性能的以太网无线电调制解调器SRM6310E。随着以太网作为一种日益增长的自动化接口涌现出来, SRM6310E提供的高度可靠的无线替代方案, 使系统的设计更为灵活。

SRM6310E采用跳频扩频技术及32位CRC纠错技术, 确保了传输的可靠性。SRM6310E无线技术不再需要电缆或光缆, 而这些通常都很昂贵、而且难于安装。

SRM6310E可以联接两个以太网段, 或将多个以太网节点与主PLC连接。它为以太网设备提供有10Base-T (双绞线) 或10Base-T (光缆) 两种接口。它采用MAC层桥接, 实现真正的协议透明和充分支持基于TCP/IP的协议。

SRM6310E可以支持各种各样的配置, 包括点对点和一点对多点等。多点运行方式的子站数目不受限制。SRM6310E亦可以以子站/中继方式工作, 以扩大范围或处理阻塞。

工业方面的应用

SRM6310E是工业自动化系统的理想选择, 它包括:

·PLC到PLC、PLC到PC, 工业计算机之间的无线通信。

·工厂自动化系统与公司信息系统之间的通信。

·PLC远程诊断与编程。

·在可以装设以太网电缆但又希望降低费用和较多方便的应用场合。

·不需要许可——可以在2.4~2.483GHZ的工业、科研和医疗 (ISM) 的广泛频带 (902~928MHZ) 范围内工作。

·无线连接以太网PLC和工作站。

·即便在高噪声环境中也具有极高的抗干扰度。

·可在现场或工厂根据应用配置, 确保无故障安装。

·用户可按主、从、中继或子站/中继等不同方式配置。

·频率选择键使极为接近的不同系统可以同时工作。

·视距信号接收天线使传送距离达到15英哩 (24公里) , 加中继器后会更远。

摘要：结合煤炭港区现场作业情况, 采用无线调制解调器组网, 以点对多点方式建立通信链路。实现PLC之间的无线通信, 对数据进行实时传输。

关键词：无线通信,调制解调器,点对多点,数据传输

煤炭港口无线通信系统 篇2

一、煤炭筛分工艺在散货装卸港口的应用

煤炭筛分工艺改造是通过将煤炭筛分工艺与现有的装卸工艺系统集成，在煤炭卸船工艺中一次完成煤炭的多次筛分，将煤炭按粒度大小分别堆存和销售，满足市场需求，提升了港口竞争力。

1.工艺设计的总体要求

根据货主的需要和流程装卸的特点，确定煤炭筛分工艺必须满足以下要求:

(1)煤炭筛分和现有流程一体化；

(2)筛分设备的生产效率应与流程效率相适应；

(3)筛分设备应故障率低、维修方便；

(4)煤炭筛分工艺应具有多级筛分功能。

2.方案设计

筛分设备的选型

通过各种筛分设备的性能、结构、原理、安装条件比较，可以采用滚轴筛，见图1。滚轴筛是一种利用多轴旋转推动物料前移并同时进行筛分的设备，它的工作机构是一排排筛轴，每根筛轴分别由一台辊道电机驱动，按相同方向旋转，使物料向前向下移动，同时搅动物料，小于筛孔尺寸的颗粒，受自重及筛轴旋转力的作用沿筛孔落下，大于筛孔尺寸的颗粒留在筛面上继续向前移动，并落入块煤溜管。该设备的效率决定于筛面的面积，可以根据具体使用情况进行设计。其驱动机构为普通的电动机和减速箱，故障率低，便于维修。

图1 滚轴筛

流程工艺布置方案

对流程筛分工艺做如下设计:

在门机漏斗上铺设网格，将粒度大于400 mm的块煤进行分离，以提高流程的通过能力；在主流程皮带机的转运站增设固定滚轴筛，筛分效率为1 250t/h，筛分粒度为25 mm，将煤炭进行初次分离，粒度小于25 mm的煤炭通过主流程、堆料机直接上堆场，粒度大于25 mm的块煤通过分叉斗进入两次筛分皮带机；在两次筛分皮带机下增设移动滚轴筛，筛分效率为600 t/h，筛分粒度为80 mm，对块煤进行二次筛分，将块煤分成25-80 mm和大于80 mm两种规格，然后分别堆放。流程工艺布置见图2。

图2 流程工艺布置

二、环保型煤炭码头关键生产技术

随着煤炭码头环保标准越来越高以及用户对配煤需求的日益多样化，具有专业配煤功能、堆场封闭式、环保型煤炭码头越来越受到业内研究人员的关注。具有专业配煤功能、封闭筒仓式堆场的大型煤炭码头工程规划设计将是研究趋势。

1.筒仓贮煤的发展趋势

筒仓作为贮存散状物料的设施，具有结构简单、使用方便、保护环境和减少占地等优点。大型化或超大型化是贮煤筒仓的发展趋势。近几年来，国内部分煤炭码头也在陆续开展筒仓配煤业务，但无论从筒仓的容积还是从筒仓的数量上来看，都不具备规模效应，不能充分发挥筒仓配煤的优势。神华封闭筒仓式煤炭码头工程是规划设计中的世界首家完全采用筒仓堆场储煤配煤的大型煤炭码头。码头采用三排共33个3万吨级的超大型筒仓群储煤，年设计吞吐量达到3 500万吨。随之有许多关键技术需要研究，比如，贮煤筒仓的高效率装卸设备、预防煤炭自燃的安全监测系统、不同煤种的堆放管理等。

2.封闭筒仓式煤炭码头的装卸工艺与布置

封闭筒仓式煤炭码头的装卸工艺设计与平面布置，要综合考虑各种复杂因素。以神华封闭筒仓式煤炭码头为例，如图3所示，该码头有3个煤炭专业泊位，筒仓堆场的容量应满足3 500万吨/年煤炭通过能力的要求。作为码头生产作业系统中的重要环节，封闭式堆场除满足煤炭堆存需要外，还必须配备与其生产需求相匹配的、物料进出筒仓的整套装卸工艺系统"装船作业考虑运量发展和到港船型实际要求，3个泊位设置3条作业线、单线出场装船额定能力6 200吨/小时。

图3 神华封闭筒仓式煤炭码头堆场工艺布置图

筒仓群一次性按照3排、正交进行布置；仓顶3条进仓作业线可以满足卸车进场需要，如图4所示，卸车进场作业线通过物料在几处转接点处的交叉供料，可以实现每条翻车线进任意一排筒仓的功能，筒仓下部每排仓底布置两条出仓皮带机，每条出仓能力3 100吨/小时，为装船线能力的一半。没有配料要求的装船作业，物料由一个筒仓出料，下方两条输送机同时工作供给一路装船线。有配料要求时，配料的两个筒仓可以在同一排，此时仓底两条输送机同时工作，两个仓的物料可以按照任意比例在仓底两条输送机上或在下游的装船线上实现配料。需要配料的两个筒仓不在一排时，如果是1:1配料，需要分别启动两排仓下各自的一条出仓线供料，在下游装船线上实现配料；如果不是1:1配料，则配料比例高的筒仓下部需要启动两条出仓线，配料比例低的筒仓下部则只需要启动任意一条出仓线，通过三条出仓线同时向下游一条装船线供料的方式实现任意比例的配料。排筒仓6条3 100吨/小时出仓线的配置，可以实现3条装船线灵活、方便的同时配煤。从上述几种配料方式的分析可以看出，经济的配煤方式应是一排内的两个筒仓配煤，此时占用的出仓作业线较少、作业线利用率较高。因此，在筒仓营运管理上应该尽量将经常配煤的两种或几种煤炭安排在一排筒仓内储存。

煤炭港口无线通信系统 篇3

秦皇岛港煤四期扩容工程的15号变电所PLC需要和3台取料机、2台装船机、2台堆料机以及中控进行通信，多数信息通过PLC程序中的MSG指令完成。经过6年多运行，系统原有设计暴露出一些问题，当通信网络不良时，MSG通信环路有时出现>20s的死环状态(通信停止)，此时MSG环路上各条MSG语句均会停止传输，导致变电所与上述煤炭运输设备的通信中断。尽管通信故障时间较短(大约二十几秒)，但依然会给设备正常使用及安全运行带来隐患。如地面皮带故障停机时若通信异常，则取料机将无法接收到地面皮带已经停止的信号而继续取料作业，导致发生堵斗事故。为此修改变电所MSG通信程序，防止MSG通信死环发生，确保设备安全、正常使用。

2. 程序改进步骤

(1)通过分析变电所MSG通信程序(图1)，得到MSG的通信环路(图2)。

(2)针对实际工作过程中一些疑似和通信有关的故障，添加程序(图3)，跟踪MSG通信情况，发现故障规律。通过分析图3程序捕捉到的故障规律，表明15号变电所MSG通信环路有时确实出现死环故障，故障原因可能与通信网络信号及传输量有关。MSG通信死环故障出现时，环路上所有通信全部终止，需要23s后由语句11中的标签“Q_IOT14[243].TT”复位故障，恢复MSG通信环路的正常通信，但是这二十几秒通信故障时间会给设备运行带来很大隐患。

(3)在通信环路增加1个3s的触发脉冲，这样即使出现通信死环，也可在3s内复位故障，确保各项通信正常进行。 (1) 在PLC中添加程序(图4)，实现1个脉冲/3s的功能。 (2) 将3s的脉冲触发信号“Q_IOT14[263].DN”串入11语句(图1虚线框)。

煤炭港口无线通信系统 篇4

随着港口经济的快速发展,货运港口吞吐量逐渐提升,港口物流仓库的建设规模逐步扩大,仓库安全灾难频繁发生。比如由于仓库中的物资本身的性质,容易产生物资易燃、易爆等不安全因素;又如管理上面的松懈可能导致盗窃行为的发生等等,所以加强仓库及其物品的安全管理十分必要。目前物流仓库的安全监测主要是防止火灾和盗窃事件。考虑到港口仓库受所处地理条件影响温湿度变化相对较大,较易引起库存物资的霉变、失效,对港口物流仓库的物品管理,除防火、防盗外,加强仓库温湿度的监控也尤为重要。

因此本文设计了一种基于Zig Bee无线传感网络的港口物流仓库安全无线监测系统,能够实现在复杂环境中实时采集现场火情、盗情和温湿度数据,对可能出现的险情进行远程手机安全预警。Zig Bee无线传感网络是近年来新兴的短距离无线网络,它具有低功耗、低复杂度、低成本等优点[1,2,3],在工业生产等领域有广泛的应用前景[4,5]。利用Zig Bee技术可以在节省人力资源的同时,能有效地实现港口物流仓库安全远程自动监测,从而避免物流货物存储中可能发生的危险,具有良好的实用价值和现实意义。

2 港口物流仓库安全无线监测系统概述

本文设计的港口物流仓库安全无线监测系统包括火情监测、盗情监测、温湿度监控和险情报警功能。火情监测通过对仓库内火焰和烟雾浓度是否超标的监测,判断是否发生火灾。盗情监测通过红外线传感器对仓库室内及周边进行监控,实现防盗警戒。港口由于温湿度条件多变,为了保证货物存储的温湿度要求,本系统增加温湿度监控功能,对仓库内的温度和湿度进行实时监测,并且根据实测温湿度数据控制空调通风系统,防止仓库内温湿度异常给货物带来的损害。险情报警分为仓库现场蜂鸣器报警和远程手机报警两部分,其中手机报警利用GSM(Global System for Mobile communication,全球移动通信系统)移动通信网络及时给仓库工作人员手机发送信息。系统功能图如图1所示。

根据港口物流仓库安全无线监测系统的功能,本系统由Zig Bee无线传感器网络和GSM模块两大部分组成。系统结构图如图2所示。

Zig Bee无线传感器网络由Zig Bee终端节点和协调器节点组成[6]。Zig Bee终端节点通过多路传感器完成仓库安全环境信息的数据采集任务。本监测系统采用的传感器包括温湿度、烟雾、红外和火焰传感器。在监测仓库是否有人入侵或发生火灾的同时,实时监测仓库内的温湿度。Zig Bee终端节点通过无线通讯网络,将采集的仓库安全和环境信息数据,以及仓库内部蜂鸣器报警状态信息传递给协调器节点。

协调器节点负责组建无线传感网络,处理整个仓库安全监测系统的实时数据,同时具备仓库内温湿度显示和安全报警功能。如果仓库内温湿度不利于货物的存储,可以发送控制命令给空调通风系统进行降温处理。协调器同时与GSM模块连接。协调器节点在接收到Zig Bee终端节点发来的报警信息后,能够将报警信息通过GSM模块发送给仓库工作人员的手机,实现远程无线监测,以便快速处理可能出现的仓库险情。

3 仓库安全无线监测系统主要硬件设计

3.1 Zig Bee终端节点硬件设计

Zig Bee终端节点以CC2530中的8051CPU为核心,主要完成物流仓库火情、盗情、温湿度环境参数的检测与无线传输。传感器终端采用RFD设备,只需很少的资源和存储容量,因此供电方式使用电池供电。为了节省电能,Zig Bee终端节点工作方式采用定时唤醒的间歇工作方式,每隔1分钟将终端的各传感器从休眠状态唤醒,开始数据采集,并向协调器节点发送信息,发送完成后再次进入休眠状态。本系统采用的传感器包括人体红外传感器HC-SR501、火焰传感器、烟雾传感器MQ-2、以及数字温湿度传感器DHT11。上述四种传感器分别与Zig Bee的P0_4~P0_7连接。各传感器性能汇总如表1所示。

3.2 协调器节点硬件设计

与GSM模块相连的CC2530作为Zig Bee的协调器来使用,是网络各节点信息的汇聚点,负责组建物流仓库安全无线传感器网络、存储节点和管理节点的任务[7,8]。协调器节点接受Zig Bee终端各传感器节点的数据,通过OLED(Organic Light Emitting Display,有机发光显示器)显示火情、盗情警报信息和仓库温湿度环境参数。并且如果物流仓库发生险情,通过串口发送AT指令到GSM模块,实现警报短信的发送。

3.3 GSM模块硬件设计

系统采用的GSM模块为SIMCom公司生产的SIM900A。该模块采用工业标准接口,工作频率为GSM/GPRS850/900/1900MHz,可以低功耗实现语音、数据和传真信息的传输[9]。其优点如下[10]:

①尺寸小,操作方便,只需在卡槽中插入SIM即可使用,通电后向模块发送AT便能控制其工作,完全能够满足系统功能的需要;

②省电,在SLEEP模式下最低耗流只有1m A;

③内嵌TCP/IP协议,方便用户进行数据传输。

根据GSM07.07协议标准,对SMS的控制共有三种途径:最初的Block Mode、基于AT命令的Text Mode和基于AT命令的PDU Mode[11]。因现在手机和GSM Modem都支持PDU模式,支持中文,为满足系统的通用性,本无线监测系统中均采用PDU Mode。对SIM900A采用标准的AT命令写入。实现与中心服务器的TCP连接,从而将Zig Bee网络汇聚的数据经GSM网络发送至服务器。

以物流仓库盗情监测为例,Zig Bee协调器与SIM900A以串口通信方式连接,当人体红外传感器检测到入侵信号时,结合AT指令,报警的具体过程如下:

①发送AT+CMGF=0//PDU方式发送短信;

②发送AT+CSCS="UCS2"//短信编码方式为UCS2;

③发送AT+CMGS=2D//短信长度;

④识别返回>后发送下列字符串:6709 4EBA8FDB 5165 FF01 FF01 FF01;

⑤发送十六进制“0x1a”结束此次短信发送过程。

4 仓库安全无线监测系统软件设计

4.1 协调器节点软件设计

协调器是Zig Bee无线传感网络的核心,同时也是整个港口物流仓库安全监测系统的主控制器。协调器节点的程序基本流程如下:设备上电后,进行系统初始化操作。设备根据其网络配置文件选择设备类型为协调器,协调器首先进行能量检测和信道选择(默认信道为11),然后申请网络建立。网络层根据设备64位IEEE地址给设备分配一个16位的网络地址和PAN标识符来启动网络。网络建立成功后,等待Zig Bee终端节点加入网络,对终端节点发出的加入网络申请进行响应,反馈给终端节点确认信息,并且分配16位的网络地址。随后协调器侦听所有无线信道,若有数据,则接受数据并进行分析处理,同时通过OLED显示屏显示信息。若接收数据中存在报警信息,协调器将报警信息反馈给GSM模块,由GSM模块将此信息发送至仓库工作人员的手机。

4.2 Zig Bee终端节点软件设计

Zig Bee终端节点的启动过程和协调器启动过程类似,但两者的网络配置文件不同。终端节点上电进行初始化,扫描信道寻找网络,若发现网络则请求加入网络。协调器收到加入请求后经网络层向应用层发送加入确认信息,终端节点启动且已经加入网络。

本系统包括四种不同类型的传感器,根据其检测数据可以判断是否有险情发生。其中温湿度传感器采集仓库内温湿度数据,通过Zig Bee终端将数据发送给协调器,如果温湿度超过设定阈值,则启动空调通风系统,保证存放货物有一个适宜的温湿度条件。烟雾传感器检测采集到烟雾含量值,若超过阈值则向协调器节点发送报警信息。人体红外热释电传感器则检测输出的电平信号,若为低电平,表明有人入侵,向协调器节点发送报警信息,如图3所示,协调器的OLED显示器显示“some to enter”短语,并且发送短信提醒物流仓库的工作人员。火焰传感器同样通过传感器输出的电平信号判断是否发生火灾,若为低电平则向协调器节点发送报警信息,否则继续等待信号采集。终端节点发送成功则进入休眠状态,等待定时器唤醒;若发送失败,则继续发送,直到发送成功为止。

4.3 GSM模块软件设计

在设计GSM短信模块的时候,主要是对RXT、TXD、GND三个引脚对模块进行读写控制,通过协调器与短信模块进行UART通信。短信息的发送流程如图4所示。

5 结束语

本文设计了基于Zig Bee技术和GSM的港口物流仓库安全无线监测系统。该系统实现了对港口物流仓库火情、盗情和环境参数的实时采集,而且将仓库内网通过串口连接GSM网络,使仓库工作人员能够通过手机监控仓库环境,实现了港口物流仓库安全无线监测系统的远程监测。该系统安装方便、使用简单、容易扩展,物流仓库管理人员可根据自己的需要设置不同的传感器节点。系统满足了低功耗、低成本的需要,有效提高了港口物流仓库管理的现代化水平。

摘要：介绍了基于ZigBee技术的港口物流仓库安全无线监测系统设计。该系统利用ZigBee CC2530的无线传感器网络,通过GSM手机,对物流仓库盗窃、失火突发事件以及温度、湿度等环境参数进行重点监测。系统基于高精度数据采集平台,除现场蜂鸣器报警之外,还可以实时传送数据,实现手机远程报警。该设计功能齐备,结构小巧,具有良好的实用价值。

关键词：ZigBee,无线传感器网络,安全监测,GSM

参考文献

[1]梁绒香.基于无线传输的粮仓多参数综合监测系统设计[J].自动化技术与应用,2014,33(8):43-47.

[2]冉彦中,曹婧华.Zigbee协议星型组网实验的设计与实现[J].实验技术与管理,2013,30(2):101-102.

[3]章伟聪,俞新武.基于CC2530及Zig Bee协议栈设计无线网络传感器节点[J].计算机系统应用,2011,20(7):184-187.

[4]赵悦,程跃,张宏坤等.基于Zig Bee的温室测控系统设计[J].实验室研究与探索,2014,33(12):131-134.

[5]常艳星,刘成忠.基于Zig Bee技术的小型粮库突发火情监控系统的设计[J].甘肃农业大学学报,2014,(6):175-180.

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[8]CC253X User’s Guide[EB/OL].http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc2530.html.2010-06-25.

[9]沈华东,周义,张坤.基于GSM网络的柔性制造车间安防报警系统设计[J].机械设计与制造,2009,8(8):252-253.

[10]张增林,郁晓庆.基于GSM网络的家庭智能监控器[J].微计算机信息,2012,28(9):8-10.

煤炭港口无线通信系统 篇5

青岛港位于我国山东半岛的胶州湾内,目前主要从事集装箱、铁矿、煤炭、粮食、原油等大宗进出口货物的装卸运输服务, 同时纸浆、棉花等货物也是青岛港每年进出口的主要的大宗货物,由于沿海城市的气候常年多雾、空气湿度较大的特点,也给纸浆、棉花的货物的仓储带来了新的问题,也就要求提供一个温度、湿度相对稳定的仓储场所来存储这类货物。本文依此为出发点,提出运用无线传感技术实现港口仓储库房温湿度的监测,进而达到货物的有效存储的目的,最大限度的减少存储纸浆、棉花等这类货物时给港口和业主带来的不必要的损失。

目前市面上众多温湿度采集监控系统中,在数据传输上通常采用的是有线的传输,这样就需要大量的数据连接线来实现异地或远距离的数据传输,有时甚至需要铺设专用的数据电缆线。在采用有线的数据传输,很容易受到地理位置、传输的距离、信号的抗干扰性以及投入成本等诸多方面因素的制约,有时效果也不明显。现如今无线通信技术的快速发展在远程无线数据的传输的到了非常广泛的应用,无线通讯技术无需架设专用的通讯线路,同时组建网络容易、不受地理条件和空间环境的限制,传输的距离和抗干扰性能得到大大的改善。本文阐述运用无线通信技术,将港口仓储库房的实时温湿度监测和无线数据传输紧密融合在一体,实现一种全新的温湿度无线数据传输、控制理念[1]。

2系统组成

本系统共分为五大模块:分别为实时温湿度监测模块、数据信息采集模块、无线数据发送模块、无线数据接收模块和数据终端处理模块。通过温度传感器对实时温度进行检测,将监测到的温度参数送至微处理器进行信息采集,通过无线发射和接收模块对采集到的信息进行发射和接收,实现数据的远程无线监测[2]。系统框图如图1所示。

3硬件系统设计

港口仓储库房的无线温湿度无线监控系统的硬件设计主要完成实时温度、湿度信息采集模块,无线数据发送模块、无线数据接收模块的硬件电路设计。

3.1温度信息采集

目前,多种新型检测原理与技术在温度检测领域中取得了重大的进展,根据温度检测方式的不同,可将温度检测分为接触式检测和非接触式检测。接触式温度检测原理是感温元件直接和被测对象进行接触,两者通过直接的热传递进而实现热平衡,达到温度检测的目的,如体温计。对于接触式温度检测其检测温度的精度相对较高,但会因接触不良使温度检测误差加大等现象,同时对于被测对象具有较强的腐蚀性或温度过高,对于感温元件的性能和使用寿命要求也就越高。

非接触式温度检测感温元件与被测对象不直接接触,通过与被测对象的热辐射能来实现热能交换,从而检测出被测对象的温度。非接触式温度检测具有热惯性小,不受空间位置限制等特点,应用广泛。

本文采用非接触式温度检测方法实现仓储库房温度信息的采集,感温元件采用的是美国DALLAS公司推出的增强型单总线数字温度传感器DS18B20[3]。该温度传感器具有总线独特、体积小、经济适用等特点,能够方便的组建传感网络,为温度测量系统的构建引入全新的设计理念。该温度传感器可以实现“一线总线”的数字方式传输现场实时温度,提高了温度检测系统的抗干扰性。同时较低的供电电压范围,使系统设计和实现更灵活、可靠。本文采用DS18B20传感器组建传感器网络,进行多点温度检测,在一条数据总线上串接多个温度传感器器件。图2所示为由温度传感器DS18B20构成的多点温度检测网络。

3.2湿度信息采集

本系统研究的港口仓储库房存放的货物对象为纸浆、棉花等货物,对于这类货物对库房室内湿度要求在控制在35-55%RH,室内湿度过高货物容易变酶、腐烂,仓储库房室内湿度过低这造成空气干燥,纸浆等货物容易变干、易碎,不易存储。通过选用湿度传感器HS1101对库房湿度进行采集检测,更加实时、精确的反映出库房的湿度信息。

本系统运用电容传感器HS1101在电路构成中等效于一个电容器件,其电容量随着所测空气湿度的增大而增大的原理实现湿度的测量。将电容容量的变化量能够准确地转换为容易识别的电信号,通常有两种方法可以实现:一种方法是通过湿度传感器与桥式振荡电路构成转换电路,将桥式振荡电路所产生的正弦交流信号经过整流电路、放大电路、模/数转换电路后转换为数字信号进行输出;另一种方法是利用湿度传感器与集成555定时器构成振荡电路,将电容的容值的变化转为与之成反比的电压信号进行输出[4]。本系统通过采用第二种方法,将湿度传感器HS1101置于由集成555定时器构成的振荡电路中,通过频率与电容容值的对应关系式,通过测量出555振荡器的输出信号频率,进而测量出被测室内环境的湿度。图3所示由HS1101湿度传感器构成的测量网络。

3.3无线数据发送与接收

在经过采用温度传感器和湿度传感器对港口仓储库房室内的温湿度数据信息进行采集存储后,要通过无线传输模块将采集到的数据信息发送到远程监控中心。无线通讯模块选择的是串口GSM/GPRS无线模块扩展板,该模块是一款功能非常强大的手机通讯模块,可以实现与PC机或单片机进行远距离无线通信,同时可快速、可靠地实现数据、指令的无线传输以及手机短消息服务,也适合远程控制开发,如无线抄表技术、智能家居以及超远距离控制等[5]。

4数据终端处理

温湿度传感器集到的数据经过无线通信模块传输到远程的上位机监测中心,发送的数据需要在上位机上进行数据接收、处理、分析,下面主要对数据管理软件的设计和应用进行阐述。

港口仓储库房无线温湿度监控系统的远程终端监控中心的PC机的数据管理软件采用的是Lab VIEW编写而成。Lab VIEW提供了一个非常直观的可视化操作平台,其简单易懂的图形化的G语言形式代替了复杂的程序命令的编写,进而提高了系统软件开发的效率,方便快捷的实现测量系统的开发,操作界面更加人性化方便人机互动[6]。数据终端处理模块基于Lab VIEW的模块化设计思想,主要由数据采集与显示、数据处理、数据存储等模块,使用者可以通过鼠标在界面上操作,便可以实现对采集来的温度信息进行显示、打印、保存、设置等操作,十分方便。图4为数据终端监控系统控制面板。

5系统的干扰和抑制

在数字系统中,信号在高低电平的转换过程中会产生很强的冲击电流,同时在传输线路上以及供电电源的内阻上会产生很大的电压降,对系统的电源造成强烈的干扰,所以对于稳定的供电电源是该温湿度监控系统能否正常工作的前提条件[7]。 为了抑制此类干扰信号,在电路的集成芯片的电源端和接地端外加退耦电容,一方面电路中器件产生的高频噪声干扰信号可以通过退耦电容进行滤除,另一方面利用退耦电容来吸收集成芯片工作过程中产生的瞬间开关门电能量,进而为系统提供稳定的电源,提高系统的稳定性。

同时在该系统PCB板设计过程中,又要考虑整个PCB板的设计能否符合抗电磁干扰的设计原则,不仅要考虑元器件的选择还要考虑到整个线路板的元器件布局和布线安排。对于元件的布局我们遵循同一单元模块的元器件尽可能的放在一起的原则,如本系统中采用的Arduino处理器的时钟电路要尽可能靠近该芯片,避免布线过长产生干扰信号影响系统的时钟信号。同时,通过对PCB板进行整板铺设铜膜的方法,用于屏蔽外界的干扰源,对于提高PCB板的抗干扰能力起到至关重要的作用。

6结束语