一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器的制造方法
【专利摘要】本发明属于物联网【技术领域】，具体地说是一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器。本发明包括微处理器控制模块、Zigbee无线收发模块、RFID射频模块、传感器模块、控制模块和通信模块。微处理器控制模块是整个仪器的控制中心；Zigbee无线收发模块用于接收和发送信息到远程监控中心；RFID射频模块用于记录粮食的进出情况；传感器模块用于采集粮仓内的温湿度和光照信息；控制模块由光耦模块和继电器模块组成；通信模块在安装调试和扩展通信时使用。该仪器能够有效地实现粮仓内环境参数的采集以及粮食进出情况的记录，并可以将得到的所有信息无线传递到远程监控中心，从而极大地提高生产效率，促进粮仓的智能化管理水平。
【专利说明】 一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器
(—)【技术领域】
[0001]本发明属于物联网【技术领域】，具体地说是一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器。
(二)【背景技术】
[0002]目前，国内粮仓内环境监控和粮食进出统计记录都为分开管理，前者在一些智能化水品相对较高的粮仓内已经实现自动采集，但普遍使用有线采集方式，不仅布线成本较高，而且一旦有一处出现问题，将很可能影响整层的信息采集；而粮食进出统计记录则大都采用人工方式。本发明利用物联网最新技术，能够有效地实现粮仓内环境参数的采集以及粮食进出情况的记录，并可以将得到的所有信息无线传递到远程监控中心，从而极大地提高生产效率，促进粮仓的智能化管理水平。
(三)
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种方便、快捷、易用的粮仓信息中转器，该仪器能够有效的实现粮仓内环境参数的采集以及粮食进出情况的记录，并可以将得到的所有信息无线传递到远程监控中心，从而极大地提高生产效率，促进粮仓的智能化管理水平。
[0004]本发明包括六个模块:微处理器控制模块、Zigbee无线收发模块、RFID射频模块、传感器模块、控制模块和通信模块。微处理器控制模块是整个仪器的控制中心；Zigbee无线收发模块用于接收和发送信息到远程监控中心；RFID射频模块用于记录粮食的进出情况；传感器模块用于采集粮仓内的温湿度和光照信息；控制模块由光耦模块和继电器模块组成；通信模块在安装调试和扩展通信时使用。
[0005]本发明的微处理器控制模块采用STC12C5410AD微处理器作为控制中心，该微处理器是一款单时钟(IT)的8位单片机，具有丰富的片上资源，包括4路PWM、8路高速10位A/D转换等，能够快速实现对仪器各个模块的控制。
[0006]本发明中，Zigbee无线收发模块采用CC2530低功耗无线收发芯片，CC2530设备系列提供了一个IEEE802.15.4兼容无线收发器，RF内核控制模拟无线模块，另外，它提供了 MCU和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令、读取状态、自动操作和确定无线设备事件的顺序，结合Z_Stack协议栈可以实现无线传感网络的建立。
[0007]本发明中，RFID射频模块的RFID卡采用符合国际标准IS0/IEC14443的Mifarel卡，读写芯片采用MF RC500, MF RC500是IS0/IEC14443标准下低成本、高集成、高性能的Mifare非接触式读写芯片,基于13.56MHz的非接触通讯模式。
[0008]本发明的Zigbee无线收发模块采用RFX2401作为功放芯片，可在低功耗情况下实现500M以上的通信距离，使用2dBm增益全向天线实测时可以达到IKM以上的通信距离，接收灵敏度达到-lOOdBm。
[0009]本发明中，仪器的运行是按照嵌入在单片机内的软件系统来完成的，该软件系统主要包括:启动仪器、初始化各个模块、定时采集环境参数并无线传输程序、射频信息扫描 程序、串口中断处理机制等。
(四)【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的硬件结构图
[0011]图2是本发明的电路框图
[0012]图3是本发明的微处理器控制模块电路图
[0013]图4是本发明的液晶显示和RFID射频模块电路图
[0014]图5是本发明的通信模块和传感器模块电路图
[0015]图6是本发明的继电器模块电路图
[0016]图7是本发明的光耦模块电路图
[0017]图8是本发明的电平转换功能电路图
[0018]图9是本发明的电源接口电路图
(五)【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0020]1.仪器具体运行流程
[0021]如附图1所示，本发明是一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器。本发明包括微处理器控制模块、Zigbee无线收发模块、RFID射频模块、传感器模块、控制模块和通信模块。微处理器控制模块是整个仪器的控制中心；Zigbee无线收发模块用于接收和发送信息到远程监控中心；RFID射频模块用于记录粮食的进出情况；传感器模块用于采集粮仓内的温湿度和光照信息；控制模块由光耦模块和继电器模块组成；通信模块在安装调试和扩展通信时使用。该仪器能够有效地实现粮仓内环境参数的采集以及粮食进出情况的记录，并可以将得到的所有信息无线传递到远程监控中心，从而极大地提高生产效率，促进粮仓的智能化管理水平。仪器具体的运作方式如下:首先是启动仪器，然后仪器将自动对微处理器控制模块、Zigbee无线收发模块、RFID射频模块、传感器模块、控制模块和通信模块等模块进行初始化设置，接着设定通信参数，设置信息处理中心串口通信的波特率、校验位、数据位、停止位的参数，同时启动系统的传感器定时采集程序、射频扫描程序和中断接收程序，当一切初始化工作完成时，信息显示屏上将显示“初始化成功”等字样，用户此时便可以使用仪器，整个初始化过程大约需要3秒左右。初始化成功后，液晶屏上将每隔5秒更新一下环境参数并将参数通过Zigbee无线收发模块传递到远程监控中心。当仪器检测到射频卡时，会将射频卡中记录的进出粮食的信息(品种、重量、时间等)通过Zigbee无线收发模块传递到远程监控中心。当Zigbee无线收发模块收到来自远程监控中心的控制指令时，仪器会启动串口中断程序，并在串口中断程序中处理控制指令并控制光耦模块或继电器模块做出相应的操作。用户还可通过通信模块的扩展功能将想要记录的信息传递到远程监控中心存储。仪器一旦正常启动后，将可以连续完成以上过程。
[0022]2.仪器线路连接说明
[0023]图2是本发明的电路框图，包括微处理器控制模块(STC12C5410AD)、Zigbee无线收发模块(CC2530F256)、电源管理电路、传感器接口电路、RFID射频电路、液晶显示电路、继电器控制电路、光耦信号电路、开关电源接口、太阳能供电接口、电池供电接口、SMA接口、JTAG接口、Reset电路、中断唤醒电路、电平转换电路、系统时钟电路、232接口电路、指示灯
1、指示灯2等，各个电路模块在微处理器的控制下主要实现粮仓内环境参数的采集以及粮食进出情况记录的功能。图3是本发明的微处理器控制模块电路图，采用STC12C5410AD芯片作为主控芯片，图中给出了 STC12C5410AD的最小系统。图4是本发明的液晶显示和RFID射频模块电路图，其中，液晶显示主要是L12864液晶显示电路，其VCC为5V电源，3脚接IOK滑动变阻器用于系统背光的调节，引脚L_CS、L_SID、L_SCLK为L12864液晶屏的通信接口，采用三线串口的方式进行控制；RFID射频模块由3.3V电压供电，其中R_SS、R_SCK、R_MOS1、R_MISO为MF RC500射频读写芯片的通信接口，通过SPI串口通信的方式对MF RC500进行操作，R_RST为模块的复位引脚。图5是本发明的通信模块和传感器模块电路图，通信模块的接口电路采用接口电路采用MAX232芯片作为电平转换芯片，实现仪器与PC机的通信，同样使用了微处理器的串口引脚P3.0和P3.1 ;传感器模块分别与AM2311和BH1750传感器连接。图6是本发明的继电器模块电路图。图7是本发明的光耦模块电路图。图8是本发明的电平转换功能电路图，由于Zigbee无线收发模块为3V系统而仪器的其他模块均为5V系统，所以模块之间的通信需要进行电平转换，本发明中利用电阻分压和三极管开关原理来实现电平转换的功能。图9是本发明的电源接口电路图，其中JP_DY1为开关电源接口、JP.DY2为太阳能供电接口、JP_DY3为电池供电接口。
[0024]3.主要电子元件列表
[0025]
【权利要求】
1.一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器，其特征在于:所述一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器专门用于粮仓的智能化管理领域，实现粮仓内环境参数的采集以及粮食进出情况的统计记录，并可以将得到的所有信息无线传递到远程监控中心，该仪器包括微处理器控制模块、Zigbee无线收发模块、RFID射频模块、传感器模块、控制模块和通信模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器，其特征在于:所述微处理器控制模块采用STC12C5410AD微处理器作为控制中心，负责统筹管理仪器的各个模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器，其特征在于:所述Zigbee无线收发模块采用CC2530低功耗无线收发芯片，该芯片遵循Zigbee协议,通过对其提供的Z_Stack协议栈进行修改编译，可以实现无线传感网络的搭建。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器，其特征在于:所述RFID射频模块主要由射频读写芯片、内置式读写天线和外围电路组成，射频读写芯片采用MFRCSOO，内部发射器直接驱动非接触式天线，最大距离可达10cm。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器，其特征在于:所述传感器模块为仪器的环境参数采集部分，该部分采用AM2311温湿度一体化传感器收集粮仓内温湿度，采用BH1750光照强度传感器采集粮仓内光照强度。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器，其特征在于:所述控制模块由光耦模块和继电器模块组成，光耦模块用于对外输出跳变信号，继电器模块用于控制相关设备的工作。
7.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网络的粮仓信息中转器，其特征在于:所述通信模块主要在安装调试和扩展通信时使用，提供了 RS232、RS485等通信接口，方便用户根据实际情况进行相应的设置；在安装调试时，用户可以根据粮仓的具体情况将相应的地址编号通过通信接口写入仪器中，远程监控中心通过地址编号来定位仪器所在的粮仓；在扩展通信时，用户可以将要传送的信息通过此通信接口传递给远程监控中心。
【文档编号】H04W84/18GK104009786SQ201310060919
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月27日 优先权日:2013年2月27日
【发明者】曹杰, 赵幕阶, 毛波, 杨风召, 王嵩, 方昌键 申请人:南京攀登信息技术有限公司, 南京财经大学