冷藏車車廂微環(huán)境信息感知系統(tǒng)設計

摘要：針對冷藏車車廂微環(huán)境信息感知實時監(jiān)測的需要，設計冷藏車車廂微環(huán)境信息感知系統(tǒng)。在ZigBee技術和GPRS遠程傳輸技術應用的基礎上，設計了基于ZigBee的數(shù)據(jù)采集節(jié)點，構建了冷藏車車廂微環(huán)境中的無線傳感網(wǎng)絡，同時利用網(wǎng)絡技術開發(fā)了冷藏車車廂微環(huán)境信息感知系統(tǒng)，解決了數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)測及遠程數(shù)據(jù)預警問題。通過微環(huán)境信息采集系統(tǒng)在溫度為0℃和相對濕度為90％的環(huán)境下對冷藏車內微環(huán)境進行的數(shù)據(jù)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(tǒng)可以應用于冷藏車車廂微環(huán)境信息的采集與監(jiān)測。
關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；微環(huán)境；數(shù)據(jù)采集；實時監(jiān)測；ZigBee

0 引言
隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的物質生活水平快速提高，人們對食品的新鮮度、營養(yǎng)價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為目的，使其保持低溫環(huán)境為核心要求的供應鏈系統(tǒng)。冷藏車是冷鏈的重要環(huán)節(jié)，伴隨整個冷鏈過程，也伴隨著物品從產地、工廠、儲藏、零售等每個環(huán)節(jié)間的流動。車廂微環(huán)境感知對冷藏車至關重要，對保持果蔬正常生理和優(yōu)良品質是極為重要的。所以，在流通過程中，都要求對冷藏運輸系統(tǒng)的全過程進行實時做環(huán)境信息的感知、傳輸和處理，跟蹤微環(huán)境控制情況。
由于冷藏車車廂與駕駛室是隔開的，因此，及時掌握冷藏車廂里的信息十分重要?；跓o線傳感器技術的監(jiān)測系統(tǒng)為冷藏車廂內環(huán)境信息的采集提供了很好的途徑。ZigBee無線網(wǎng)絡由于其具有低成本、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。GPRS通信技術是一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務，可提供TCP／IP連接，可用于Internet連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，同時其具有網(wǎng)絡運行穩(wěn)定、傳輸距離遠、不受時間和空間的限制等特點，因而被廣泛應用于遠距離數(shù)據(jù)傳輸。無線傳感器網(wǎng)絡作為一種新的信息獲取技術，憑借其低功耗、低成本、高可靠性等特點，已逐漸滲透到農業(yè)生產、藥品監(jiān)管、物流等領域。在本文之前，郭斌等基于ZigBee技術的JN5139為無線節(jié)點信息處理的核心，結合溫濕度傳感器模塊設計了采集節(jié)點，構建了車載環(huán)境中的無線傳感器網(wǎng)絡，結合嵌入式和．net技術開發(fā)了果蔬冷鏈配送環(huán)境信息采集上位機軟件，解決了數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)測的問題。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(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點的硬件平臺，給出了網(wǎng)絡協(xié)調器和終端節(jié)點的軟件設計流程。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載信息采集系統(tǒng)，并通過ZigBee技術和GPS定位技術實現(xiàn)對儲運參數(shù)的采集，同時采用GSM網(wǎng)絡的短信業(yè)務實現(xiàn)對儲運參數(shù)的傳輸。李雪剛則利用ARM處理器和嵌入式Linux技術，結合無線通信網(wǎng)絡，通過智能手機客戶端實現(xiàn)了可隨時隨地進行C／S模式的遠程監(jiān)控的智能農業(yè)系統(tǒng)。
本文針對冷鏈儲運設備在儲運過程中微環(huán)境調控精度低、儲運農產品質量安全保障性差等突出問題，提出了一種冷藏車車廂微環(huán)境信息感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種基于ZigBee技術和GPRS技術相結合的遠程信息采集、監(jiān)控、傳輸以及網(wǎng)絡發(fā)布系統(tǒng)，可實現(xiàn)車廂微環(huán)境農產品品質監(jiān)測以及設備微環(huán)境的監(jiān)測與調控。

1 系統(tǒng)結構
冷藏車車廂微環(huán)境信息感知系統(tǒng)由信息采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊與感知軟件模塊等3部分組成。信息采集模塊通過不同集成度的智能傳感器來實時采集蘋果儲藏環(huán)境中的溫度、氧量、二氧化碳含量、乙烯等信息。數(shù)據(jù)傳輸模塊將采集信號傳送至ZigBee無線節(jié)點，并通過ZigB ee技術的網(wǎng)絡拓撲結構建立基于ZigBee的無線傳輸網(wǎng)絡，將所采集的數(shù)據(jù)周期性傳輸至主節(jié)點：主節(jié)點收到數(shù)據(jù)后，由微處理器模塊對數(shù)據(jù)進行存儲與管理，并傳輸給GPRS模塊，由GPRS網(wǎng)絡將采集的數(shù)據(jù)傳輸至接收模塊，將數(shù)據(jù)存儲于服務器。感知軟件模塊通過數(shù)據(jù)庫服務平臺和數(shù)據(jù)庫接收存儲程序實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)超限報警，從而實現(xiàn)對冷藏車車廂內微環(huán)境的感知與遠程控制預警。圖1所示是其冷藏車車廂微環(huán)境信息感知系統(tǒng)的結構圖。

ZigBee無線網(wǎng)絡負責數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測，同一個站點由多個傳感器節(jié)點和一個匯聚節(jié)點組成，傳感器節(jié)點之間通過自組織方式組成網(wǎng)絡，傳感器節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點逐跳地進行傳輸，經(jīng)過多個節(jié)點跳轉傳輸后，路由到匯聚節(jié)點。每個傳感器節(jié)點可以根據(jù)不同的需求接入相應的傳感器和執(zhí)行設備。各站點的匯聚節(jié)點通過GPRS模塊實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸，以把數(shù)據(jù)發(fā)送到終端服務器。然后由終端服務器軟件采用B／S體系架構對數(shù)據(jù)進行處理。