冷藏車車廂微環境信息感知係統設計
學術研究
作者：王家敏 王鳳麗 張建喜
摘要：針對冷藏車車廂微環境信息感知實時監測的需要，設計冷藏車車廂微環境信息感知係統。在ZigBee 技術和GPRS遠程傳輸技術應用的基礎上，設計了基於ZigBee的數據采集節點，構建了冷藏車車廂微環境中的無線傳感網絡，同時利用網絡技術開發了冷藏車車廂微環境信息感知係統，解決了數據采集和實時監測及遠程數據預警問題。通過微環境信息采集係統在溫度為0 ℃和相對濕度為90%的環境下對冷藏車內微環境進行的數據傳輸包收發率測試證明，其結果可靠率達85%以上，證明該係統可以應用於冷藏車車廂微環境信息的采集與監測。
關鍵詞：無線傳感器網絡；微環境；數據采集；實時監測；ZigBee
中圖分類號：TP274.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）02-0021-04
0 引 言
隨著國民經濟的不斷發展，人們的物質生活水平快速提高，人們對食品的新鮮度、營養價值和食品安全方麵的要求也逐漸提高。冷鏈是以保證物品品質為目的，使其保持低溫環境為核心要求的供應鏈係統。冷藏車是冷鏈的重要環節，伴隨整個冷鏈過程，也伴隨著物品從產地、工廠、儲藏、零售等每個環節間的流動。車廂微環境感知對冷藏車至關重要，對保持果蔬正常生理和優良品質是極為重要的。所以，在流通過程中，都要求對冷藏運輸係統的全過程進行實時微環境信息的感知、傳輸和處理，跟蹤微環境控製情況。
由於冷藏車車廂與駕駛室是隔開的，因此，及時掌握冷藏車廂裏的信息十分重要[1]。基於無線傳感器技術的監測係統為冷藏車廂內環境信息的采集提供了很好的途徑。ZigBee無線網絡由於其具有低成本、低功耗和自組網功能，因而具有低成本、低功耗、小體積、安全性強的特點[2]。GPRS通信技術是一種高效、低成本的無線分組數據業務，可提供TCP/IP連接，可用於Internet連接、數據傳輸等，同時其具有網絡運行穩定、傳輸距離遠、不受時間和空間的限製等特點，因而被廣泛應用於遠距離數據傳輸[3]。無線傳感器網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，已逐漸滲透到農業生產、藥品監管、物流等領域[4-7]。在本文之前，郭斌等基於ZigBee 技術的JN5139為無線節點信息處理的核心，結合溫濕度傳感器模塊設計了采集節點，構建了車載環境中的無線傳感器網絡，結合嵌入式和.net 技術開發了果蔬冷鏈配送環境信息采集上位機軟件，解決了數據采集和實時監測的問題 [8，9]。韓芝俠則以射頻芯片CC2500、微控製PIC18F4620及M23模塊為核心，設計了係統網絡節點的硬件平台，給出了網絡協調器和終端節點的軟件設計流程[3]。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係統，並通過ZigBee技術和GPS定位技術實現對儲運參數的采集，同時采用GSM網絡的短信業務實現對儲運參數的傳輸[10]。李雪剛則利用ARM處理器和嵌入式Linux技術，結合無線通信網絡，通過智能手機客戶端實現了可隨時隨地進行C/S模式的遠程監控的智能農業係統[11]。
本文針對冷鏈儲運設備在儲運過程中微環境調控精度低、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境信息感知係統。該係統是一種基於ZigBee技術和GPRS技術相結合的遠程信息采集、監控、傳輸以及網絡發布係統，可實現車廂微環境農產品品質監測以及設備微環境的監測與調控。
1 係統結構
冷藏車車廂微環境信息感知係統由信息采集模塊、數據傳輸模塊與感知軟件模塊等3部分組成。信息采集模塊通過不同集成度的智能傳感器來實時采集蘋果儲藏環境中的溫度、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無線節點，並通過ZigBee技術的網絡拓撲結構建立基於ZigBee的無線傳輸網絡，將所采集的數據周期性傳輸至主節點；主節點收到數據後，由微處理器模塊對數據進行存儲與管理，並傳輸給GPRS模塊，由GPRS網絡將采集的數據傳輸至接收模塊，將數據存儲於服務器。感知軟件模塊通過數據庫服務平台和數據庫接收存儲程序實現對數據的實時監控與數據超限報警，從而實現對冷藏車車廂內微環境的感知與遠程控製預警。
ZigBee無線網絡負責數據采集和監測，同一個站點由多個傳感器節點和一個彙聚節點組成，傳感器節點之間通過自組織方式組成網絡，傳感器節點監測的數據沿著其他傳感器節點逐跳地進行傳輸，經過多個節點跳轉傳輸後，路由到彙聚節點。每個傳感器節點可以根據不同的需求接入相應的傳感器和執行設備。各站點的彙聚節點通過GPRS模塊實現遠程數據傳輸，以把數據發送到終端服務器。然後由終端服務器軟件采用B/S體係架構對數據進行處理。