冷藏车车厢微环境信息感知系统设计

摘要：针对冷藏车车厢微环境信息感知实时监测的需要，设计冷藏车车厢微环境信息感知系统。在ZigBee技术和GPRS远程传输技术应用的基础上，设计了基于ZigBee的数据采集节点，构建了冷藏车车厢微环境中的无线传感网络，同时利用网络技术开发了冷藏车车厢微环境信息感知系统，解决了数据采集和实时监测及远程数据预警问题。通过微环境信息采集系统在温度为0℃和相对湿度为90％的环境下对冷藏车内微环境进行的数据传输包收发率测试证明，其结果可靠率达85％以上，证明该系统可以应用于冷藏车车厢微环境信息的采集与监测。
关键词：无线传感器网络；微环境；数据采集；实时监测；ZigBee

0 引言
随着国民经济的不断发展，人们的物质生活水平快速提高，人们对食品的新鲜度、营养价值和食品安全方面的要求也逐渐提高。冷链是以保证物品品质为目的，使其保持低温环境为核心要求的供应链系统。冷藏车是冷链的重要环节，伴随整个冷链过程，也伴随着物品从产地、工厂、储藏、零售等每个环节间的流动。车厢微环境感知对冷藏车至关重要，对保持果蔬正常生理和优良品质是极为重要的。所以，在流通过程中，都要求对冷藏运输系统的全过程进行实时做环境信息的感知、传输和处理，跟踪微环境控制情况。
由于冷藏车车厢与驾驶室是隔开的，因此，及时掌握冷藏车厢里的信息十分重要。基于无线传感器技术的监测系统为冷藏车厢内环境信息的采集提供了很好的途径。ZigBee无线网络由于其具有低成本、低功耗和自组网功能，因而具有低成本、低功耗、小体积、安全性强的特点。GPRS通信技术是一种高效、低成本的无线分组数据业务，可提供TCP／IP连接，可用于Internet连接、数据传输等，同时其具有网络运行稳定、传输距离远、不受时间和空间的限制等特点，因而被广泛应用于远距离数据传输。无线传感器网络作为一种新的信息获取技术，凭借其低功耗、低成本、高可靠性等特点，已逐渐渗透到农业生产、药品监管、物流等领域。在本文之前，郭斌等基于ZigBee技术的JN5139为无线节点信息处理的核心，结合温湿度传感器模块设计了采集节点，构建了车载环境中的无线传感器网络，结合嵌入式和．net技术开发了果蔬冷链配送环境信息采集上位机软件，解决了数据采集和实时监测的问题。韩芝侠则以射频芯片CC2500、微控制PIC18F4620及M23模块为核心，设计了系统网络节点的硬件平台，给出了网络协调器和终端节点的软件设计流程。顾延涛等设计了一种以ARM11高性能微处理器为核心的嵌入式车载信息采集系统，并通过ZigBee技术和GPS定位技术实现对储运参数的采集，同时采用GSM网络的短信业务实现对储运参数的传输。李雪刚则利用ARM处理器和嵌入式Linux技术，结合无线通信网络，通过智能手机客户端实现了可随时随地进行C／S模式的远程监控的智能农业系统。
本文针对冷链储运设备在储运过程中微环境调控精度低、储运农产品质量安全保障性差等突出问题，提出了一种冷藏车车厢微环境信息感知系统。该系统是一种基于ZigBee技术和GPRS技术相结合的远程信息采集、监控、传输以及网络发布系统，可实现车厢微环境农产品品质监测以及设备微环境的监测与调控。

1 系统结构
冷藏车车厢微环境信息感知系统由信息采集模块、数据传输模块与感知软件模块等3部分组成。信息采集模块通过不同集成度的智能传感器来实时采集苹果储藏环境中的温度、氧量、二氧化碳含量、乙烯等信息。数据传输模块将采集信号传送至ZigBee无线节点，并通过ZigB ee技术的网络拓扑结构建立基于ZigBee的无线传输网络，将所采集的数据周期性传输至主节点：主节点收到数据后，由微处理器模块对数据进行存储与管理，并传输给GPRS模块，由GPRS网络将采集的数据传输至接收模块，将数据存储于服务器。感知软件模块通过数据库服务平台和数据库接收存储程序实现对数据的实时监控与数据超限报警，从而实现对冷藏车车厢内微环境的感知与远程控制预警。图1所示是其冷藏车车厢微环境信息感知系统的结构图。

ZigBee无线网络负责数据采集和监测，同一个站点由多个传感器节点和一个汇聚节点组成，传感器节点之间通过自组织方式组成网络，传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，经过多个节点跳转传输后，路由到汇聚节点。每个传感器节点可以根据不同的需求接入相应的传感器和执行设备。各站点的汇聚节点通过GPRS模块实现远程数据传输，以把数据发送到终端服务器。然后由终端服务器软件采用B／S体系架构对数据进行处理。