一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器的制造方法
【專利摘要】本發明屬于物聯網【技術領域】，具體地說是一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器。本發明包括微處理器控制模塊、Zigbee無線收發模塊、RFID射頻模塊、傳感器模塊、控制模塊和通信模塊。微處理器控制模塊是整個儀器的控制中心；Zigbee無線收發模塊用于接收和發送信息到遠程監控中心；RFID射頻模塊用于記錄糧食的進出情況；傳感器模塊用于采集糧倉內的溫濕度和光照信息；控制模塊由光耦模塊和繼電器模塊組成；通信模塊在安裝調試和擴展通信時使用。該儀器能夠有效地實現糧倉內環境參數的采集以及糧食進出情況的記錄，并可以將得到的所有信息無線傳遞到遠程監控中心，從而極大地提高生產效率，促進糧倉的智能化管理水平。
【專利說明】 一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器
(—)【技術領域】
[0001]本發明屬于物聯網【技術領域】，具體地說是一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器。
(二)【背景技術】
[0002]目前，國內糧倉內環境監控和糧食進出統計記錄都為分開管理，前者在一些智能化水品相對較高的糧倉內已經實現自動采集，但普遍使用有線采集方式，不僅布線成本較高，而且一旦有一處出現問題，將很可能影響整層的信息采集；而糧食進出統計記錄則大都采用人工方式。本發明利用物聯網最新技術，能夠有效地實現糧倉內環境參數的采集以及糧食進出情況的記錄，并可以將得到的所有信息無線傳遞到遠程監控中心，從而極大地提高生產效率，促進糧倉的智能化管理水平。
(三)
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種方便、快捷、易用的糧倉信息中轉器，該儀器能夠有效的實現糧倉內環境參數的采集以及糧食進出情況的記錄，并可以將得到的所有信息無線傳遞到遠程監控中心，從而極大地提高生產效率，促進糧倉的智能化管理水平。
[0004]本發明包括六個模塊:微處理器控制模塊、Zigbee無線收發模塊、RFID射頻模塊、傳感器模塊、控制模塊和通信模塊。微處理器控制模塊是整個儀器的控制中心；Zigbee無線收發模塊用于接收和發送信息到遠程監控中心；RFID射頻模塊用于記錄糧食的進出情況；傳感器模塊用于采集糧倉內的溫濕度和光照信息；控制模塊由光耦模塊和繼電器模塊組成；通信模塊在安裝調試和擴展通信時使用。
[0005]本發明的微處理器控制模塊采用STC12C5410AD微處理器作為控制中心，該微處理器是一款單時鐘(IT)的8位單片機，具有豐富的片上資源，包括4路PWM、8路高速10位A/D轉換等，能夠快速實現對儀器各個模塊的控制。
[0006]本發明中，Zigbee無線收發模塊采用CC2530低功耗無線收發芯片，CC2530設備系列提供了一個IEEE802.15.4兼容無線收發器，RF內核控制模擬無線模塊，另外，它提供了 MCU和無線設備之間的一個接口，這使得可以發出命令、讀取狀態、自動操作和確定無線設備事件的順序，結合Z_Stack協議棧可以實現無線傳感網絡的建立。
[0007]本發明中，RFID射頻模塊的RFID卡采用符合國際標準IS0/IEC14443的Mifarel卡，讀寫芯片采用MF RC500, MF RC500是IS0/IEC14443標準下低成本、高集成、高性能的Mifare非接觸式讀寫芯片,基于13.56MHz的非接觸通訊模式。
[0008]本發明的Zigbee無線收發模塊采用RFX2401作為功放芯片，可在低功耗情況下實現500M以上的通信距離，使用2dBm增益全向天線實測時可以達到IKM以上的通信距離，接收靈敏度達到-lOOdBm。
[0009]本發明中，儀器的運行是按照嵌入在單片機內的軟件系統來完成的，該軟件系統主要包括:啟動儀器、初始化各個模塊、定時采集環境參數并無線傳輸程序、射頻信息掃描 程序、串口中斷處理機制等。
(四)【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的硬件結構圖
[0011]圖2是本發明的電路框圖
[0012]圖3是本發明的微處理器控制模塊電路圖
[0013]圖4是本發明的液晶顯示和RFID射頻模塊電路圖
[0014]圖5是本發明的通信模塊和傳感器模塊電路圖
[0015]圖6是本發明的繼電器模塊電路圖
[0016]圖7是本發明的光耦模塊電路圖
[0017]圖8是本發明的電平轉換功能電路圖
[0018]圖9是本發明的電源接口電路圖
(五)【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
[0020]1.儀器具體運行流程
[0021]如附圖1所示，本發明是一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器。本發明包括微處理器控制模塊、Zigbee無線收發模塊、RFID射頻模塊、傳感器模塊、控制模塊和通信模塊。微處理器控制模塊是整個儀器的控制中心；Zigbee無線收發模塊用于接收和發送信息到遠程監控中心；RFID射頻模塊用于記錄糧食的進出情況；傳感器模塊用于采集糧倉內的溫濕度和光照信息；控制模塊由光耦模塊和繼電器模塊組成；通信模塊在安裝調試和擴展通信時使用。該儀器能夠有效地實現糧倉內環境參數的采集以及糧食進出情況的記錄，并可以將得到的所有信息無線傳遞到遠程監控中心，從而極大地提高生產效率，促進糧倉的智能化管理水平。儀器具體的運作方式如下:首先是啟動儀器，然后儀器將自動對微處理器控制模塊、Zigbee無線收發模塊、RFID射頻模塊、傳感器模塊、控制模塊和通信模塊等模塊進行初始化設置，接著設定通信參數，設置信息處理中心串口通信的波特率、校驗位、數據位、停止位的參數，同時啟動系統的傳感器定時采集程序、射頻掃描程序和中斷接收程序，當一切初始化工作完成時，信息顯示屏上將顯示“初始化成功”等字樣，用戶此時便可以使用儀器，整個初始化過程大約需要3秒左右。初始化成功后，液晶屏上將每隔5秒更新一下環境參數并將參數通過Zigbee無線收發模塊傳遞到遠程監控中心。當儀器檢測到射頻卡時，會將射頻卡中記錄的進出糧食的信息(品種、重量、時間等)通過Zigbee無線收發模塊傳遞到遠程監控中心。當Zigbee無線收發模塊收到來自遠程監控中心的控制指令時，儀器會啟動串口中斷程序，并在串口中斷程序中處理控制指令并控制光耦模塊或繼電器模塊做出相應的操作。用戶還可通過通信模塊的擴展功能將想要記錄的信息傳遞到遠程監控中心存儲。儀器一旦正常啟動后，將可以連續完成以上過程。
[0022]2.儀器線路連接說明
[0023]圖2是本發明的電路框圖，包括微處理器控制模塊(STC12C5410AD)、Zigbee無線收發模塊(CC2530F256)、電源管理電路、傳感器接口電路、RFID射頻電路、液晶顯示電路、繼電器控制電路、光耦信號電路、開關電源接口、太陽能供電接口、電池供電接口、SMA接口、JTAG接口、Reset電路、中斷喚醒電路、電平轉換電路、系統時鐘電路、232接口電路、指示燈
1、指示燈2等，各個電路模塊在微處理器的控制下主要實現糧倉內環境參數的采集以及糧食進出情況記錄的功能。圖3是本發明的微處理器控制模塊電路圖，采用STC12C5410AD芯片作為主控芯片，圖中給出了 STC12C5410AD的最小系統。圖4是本發明的液晶顯示和RFID射頻模塊電路圖，其中，液晶顯示主要是L12864液晶顯示電路，其VCC為5V電源，3腳接IOK滑動變阻器用于系統背光的調節，引腳L_CS、L_SID、L_SCLK為L12864液晶屏的通信接口，采用三線串口的方式進行控制；RFID射頻模塊由3.3V電壓供電，其中R_SS、R_SCK、R_MOS1、R_MISO為MF RC500射頻讀寫芯片的通信接口，通過SPI串口通信的方式對MF RC500進行操作，R_RST為模塊的復位引腳。圖5是本發明的通信模塊和傳感器模塊電路圖，通信模塊的接口電路采用接口電路采用MAX232芯片作為電平轉換芯片，實現儀器與PC機的通信，同樣使用了微處理器的串口引腳P3.0和P3.1 ;傳感器模塊分別與AM2311和BH1750傳感器連接。圖6是本發明的繼電器模塊電路圖。圖7是本發明的光耦模塊電路圖。圖8是本發明的電平轉換功能電路圖，由于Zigbee無線收發模塊為3V系統而儀器的其他模塊均為5V系統，所以模塊之間的通信需要進行電平轉換，本發明中利用電阻分壓和三極管開關原理來實現電平轉換的功能。圖9是本發明的電源接口電路圖，其中JP_DY1為開關電源接口、JP.DY2為太陽能供電接口、JP_DY3為電池供電接口。
[0024]3.主要電子元件列表
[0025]
【權利要求】
1.一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器，其特征在于:所述一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器專門用于糧倉的智能化管理領域，實現糧倉內環境參數的采集以及糧食進出情況的統計記錄，并可以將得到的所有信息無線傳遞到遠程監控中心，該儀器包括微處理器控制模塊、Zigbee無線收發模塊、RFID射頻模塊、傳感器模塊、控制模塊和通信模塊。
2.根據權利要求1所述的一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器，其特征在于:所述微處理器控制模塊采用STC12C5410AD微處理器作為控制中心，負責統籌管理儀器的各個模塊。
3.根據權利要求1所述的一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器，其特征在于:所述Zigbee無線收發模塊采用CC2530低功耗無線收發芯片，該芯片遵循Zigbee協議,通過對其提供的Z_Stack協議棧進行修改編譯，可以實現無線傳感網絡的搭建。
4.根據權利要求1所述的一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器，其特征在于:所述RFID射頻模塊主要由射頻讀寫芯片、內置式讀寫天線和外圍電路組成，射頻讀寫芯片采用MFRCSOO，內部發射器直接驅動非接觸式天線，最大距離可達10cm。
5.根據權利要求1所述的一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器，其特征在于:所述傳感器模塊為儀器的環境參數采集部分，該部分采用AM2311溫濕度一體化傳感器收集糧倉內溫濕度，采用BH1750光照強度傳感器采集糧倉內光照強度。
6.根據權利要求1所述的一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器，其特征在于:所述控制模塊由光耦模塊和繼電器模塊組成，光耦模塊用于對外輸出跳變信號，繼電器模塊用于控制相關設備的工作。
7.根據權利要求1所述的一種基于無線傳感網絡的糧倉信息中轉器，其特征在于:所述通信模塊主要在安裝調試和擴展通信時使用，提供了 RS232、RS485等通信接口，方便用戶根據實際情況進行相應的設置；在安裝調試時，用戶可以根據糧倉的具體情況將相應的地址編號通過通信接口寫入儀器中，遠程監控中心通過地址編號來定位儀器所在的糧倉；在擴展通信時，用戶可以將要傳送的信息通過此通信接口傳遞給遠程監控中心。
【文檔編號】H04W84/18GK104009786SQ201310060919
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月27日 優先權日:2013年2月27日
【發明者】曹杰, 趙幕階, 毛波, 楊風召, 王嵩, 方昌鍵 申請人:南京攀登信息技術有限公司, 南京財經大學