基本信息
- 项目名称：
- 基于GPRS和无线传感网络的粮仓环境监测预警系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目提出了一种基于GPRS和无线传感网络的粮仓环境状态自动监控预警系统，实现对粮仓温度、湿度、光照、异地入侵四种状态实时、远程监控和报警。系统主节点可以将各节点转发粮仓环境状态数据进行汇总和分析，实时显示并存储在数据库里面，形成对粮仓环境状况的长期记录，并且通过移动通信网完成数据的服务器上传以及控制室的监控、报警等任务，从而达到对粮仓环境状态的实时监控的任务。
- 详细介绍：
- 该系统研究一种基于无线传感网络技术的粮仓环境监测预警系统，该系统的设计思想是采用无线通信模块与传感模块组成无线传感器节点，可通过拨叫终端GSM中SIM卡的电话号码，对监测粮仓环境中的温度、光照、湿度等参数进行实时采集并传至路由节点，由路由节点转发其它子节点传输来的信息，逐步将信息以多跳方式转发给同一子网的中心节点，中心节点把这些数据通过GPRS模块发送到GPRS网络中，并以短信的形式发送到手机终端进行实时粮仓环境监测；另一种方式是将采集到的数据由GPRS模块通过无线基站和Internet网络将数据传送至监控主机，监控主机负责数据存储和对数据的进一步处理。监控中心接收无线传感网络采集的数据，实时显示并存储在数据库里面，形成对粮仓环境状况的长期记录，在此基础上监控中心可对粮仓环境存在的隐患进行动态分析。当终端节点采集的数据达到某个设定的阈值时，由无线传感网通过移动通信网和Internet及时发送信息到手机和监控主机，实现实时预警的功能，同时服务器中的数据库还支能。持数据的有条件查询、增加或删除记录等管理功该系统中每个前端采集点有独立地址编码，且每个前端采集站的坐标与地理信息系统中的位置一一对应，通过安装在前端采集站的监测节点采集信息，一旦发现灾情，通知粮库管理人员采取相应措施来确保粮食存储安全。 在本系统电路中，以NRF2401（采用抗干扰能力较强的FSK调制/解调方式）模块作为多节点数据的近距离无线传输方式、以GPRS作为无线数据的远程传输网络、以STC89C52单片机作为MCU实现对整个系统的控制和数据处理。在状态数据的采集方式上，采用数字集成芯片LM75A和 DHT11完成实时温度和湿度的监测，将采集的温度和湿度参数送入单片机与设置的超限阈值相比较，然后将采集的数据和报警信号通过NRF2401以多跳方式汇集到总节点，再通过GPRS模块将检测的数据上传到监控中心或以短信发送至手机终端进行报警。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的： 为改善传统粮仓地域偏远、空间大，环境状况监测费时、耗力等现状，本项目提出了一种基于GPRS和无线传感网络自动监控预警系统，实现对粮仓温度、湿度、光照、异常侵入四种状态的实时、远程监控和报警。并对报警事件进行数据库统计和管理，最终实现粮仓环境的科学化、自动化监测。 基本思路： 以NRF2401模块实现多节点数据的近距离无线传输，以GPRS实现主节点无线数据的远程传输，以STC89C52单片机作为MCU实现对整个系统的控制和数据处理。采用数字集成芯片LM75A和DHT11完成实时温度和湿度的监测，采用超声波传感器和光敏电阻完成非法侵入状态的监测和光照信息的采集，完成系统的主动报警等功能。 创新点： 1.被监测区域各节点数据通过无线传感网络采集并以多跳方式汇集到总节点； 2.系统能够实时将数据以短信方式发送到任意主动访问的终端用户手机上； 3.对呼叫手机实施主动挂机操作，并记录和显示访问用户的手机号码。 关键技术： 1.各类环境参量监测传感器的性价比选择； 2.无线传感网络和GPRS模块的选型及硬件电路和代码编写的标准化设计； 3.探测节点的实时监控以及WEB显示（CGI）的编程。 主要技术指标： 1.节点间通信距离>>50m；节点可支配通信信道数：256；可实现多跳深度>>10； 2.温度误差<<0.5%；湿度误差<<1%；光照敏感度可调；异常侵入监测距离>>10m； 3.手机短信汉字数<<50；远程访问范围：GSM移动通信网络覆盖区域。
科学性、先进性
- 目前国内的同类系统，绝大多数是针对较大的粮仓而开发的，一般是网络管理系统的一部分（如网强网管系统的就包含环境变量检测模块），这类系统的主要问题是系统过于庞大，价格非常昂贵（动辄几十万），代码不公开，不能进行二次开发，其发展趋势是融合的技术越来越多，技术门槛越来越高。 本系统的设计重点在于数据的多点采集和远程传输两个方面。在多节点数据的采集及汇集方面，采用了通用的无线传感模块，工作在2.4G的免费频段，代码可以根据系统需要自行开发，无版权和工作环境限制；在汇集数据的远程传输方面，运用GPRS模块依托强大的、开放的移动通信网络，实现任意地点、任意时刻的实时访问和数据上传。将这种设计方案运用到无人值守的粮仓中，可以实时监测粮仓的各类环境参数，并对异常的环境变量进行远程报警，从而增强粮仓的稳定性和安全性。 本系统的先进性在于，电路的硬件设计上实现了对当前典型通信技术的集成式开发和设计，具有电路集成化高、模块开发方便、便于二次开发和完善的特点。
获奖情况及鉴定结果
- 无。
作品所处阶段
- 初级产品阶段。
技术转让方式
- 无。
作品可展示的形式
- 实物、产品，现场演示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 把各个无线传感节点分散放到不同粮仓仓库中，把中心节点放到粮仓总监控室。用户通过拨打预置电话，系统立即将环境各种状态参数以短信的方式发送给拨叫主机；当监控人员发现有异常状况时，也可通过主控节点的按键1主动向负责人发送短信；主控节点监控人员通过按键2实现各节点数据的查询；用户还可通过GPRS手机web上网方式访问环境数据。 应用GPRS和RF2401开发的主流技术，并将这两种技术进行集成和整合，有效应用于无人值守的粮仓环境，从而改善了传统粮仓管理中所遇到的的人力、财力、时间消耗、地域偏远等问题，实现了粮仓环境的科学化、自动化监测。 通过该项目的实施，使粮仓环境的变化得到有效及时的监测，保证了粮仓环境的安全，避免了因温度、湿度、光照以及硕鼠、鸟类等动物对粮仓内的农产品造成的损害，从而减少了国家和农民在物质储备中的经济损失。
同类课题研究水平概述
- 近年来，随着无线传感器网络技术的迅猛发展，以及人们对于环境保护和环境监控提出了更高要求，越来越多的行业都致力于在环境监测系统中应用无线传感器网络的研究。通过在监测区域内布署大量的廉价微型传感器节点，经由无线通信方式形成一个多跳的网络系统，从而实现网络覆盖区域内感知对象的信息的采集量化、处理融合和传输应用。与传统的环境监测手段相比，使用传感器网络进行环境监测有三个显著的优势：一是网络的自组性提供了廉价而且快速部署网络的可能;二是现场采集的数据可通过中间节点进行（路由）传送，在不增加功耗和成本的前提下，可将系统监测容量提高一个数量级；三是网络的健壮性、抗毁性满足了某些特定应用的需求。无线传感器网络技术是一项应用性非常强的技术，它在当前我国环境监测系统中的应用潜力是巨大的。 应用于环境监测的无线传感器网络中的节点一般都采用电池供电，要求频繁更换电池或者频繁充电是不太现实的，因此在传感器网络中，能量消耗是一个需要关注的问题。节点节省能量的最主要方式是休眠机制，当节点目前没有传感任务并且不需要为其他节点转发传感数据时，关闭节点的无线通信模块、数据采集模块甚至计算模块以节省能量。这样，一个传感任务发生时，只有与之相邻的区域内的传感器节点处于活动状态，从而形成一个活动区域。活动区域随着数据向主节点传送和移动，这样原先活动的节点在离开活动区域后可以转到休眠模式从而节省能量。另外，节点间也可以通过“轮换值班”来减少能量消耗。这些节点大部分时间都处于休眠状态，只是周期性苏醒过来发送数据或者检测信道的状态，以确定是否有属于自己的消息，但这种机制要求应用设计者在电池消耗和消息延迟之间做出权衡。 传统的机械式（防盗网、防盗窗）的防盗在实际使用中暴露出一些隐患，因此采用新型的防范技术就显得尤为重要。本防盗报警器包括超声波信号发射报警信号和接收报警信号、解码报警信号。本电路能较好地克服生活环境中的超声干扰源，对移动目标发出准确警报，从而通过此项目研究可以解决粮仓的安全隐患问题同时具有绿色环保的功效。
