温湿度监测的研究现状

无线射频(RF)技术成本较低且结构简单,功耗也不高,是一种近距离的无线通信技术。但是其易受附近无线设备(尤其是同频设备)的干扰和障碍物的屏蔽。


目前,国内的仓贮温湿度监测系统一般采用人工采样检测或者有线传感器网络的方式[3]。在传统的人工检测方式中,通过使用温度计和干湿计来人工读取温湿度值,这种方法具有很大的误差,且当监测点较多、仓贮容量大时,工作量太大,效率低下。随着科学技术的发展,温湿度感测技术在软件和硬件等各方面都取得了很大的进步,基于电阻式温度传感器、A/D转换器、数据发送模块和异常时报警装置等组成的监测系统开始逐步出现。这种系统能够对仓贮内的各个测量节点进行反复检测,其检测速度、精度都得到了很大的提高,而且降低了工作人员的劳动强度[4]。但是客观硬件的限制依然存在,由于电阻传感器的精度不高,致使检测结果误差较大,不能够满足日益增长的需要。后来,系统在布线上也采取了一些改进措施,比如采用矩阵式布线方法,这样就简化了数据采集部分的线路。在传感器方面采用了半导体、热电偶等器件;在线路传输方式上采用了串行传输方式,从而减少了传输线根数,节约了成本。此外,采用单片机进行数据处理以提高运算速度,并采用各种先进方式提高数据传输和检测速度。并通过软件和硬件技术的结合,使得温度检测的精度和稳定性较以往都提高很多,但是传感器的非线性依然比较严重,导致测量的精度受到很大的影响。

一些先进的仓贮管理系统也设计了基于RS485总线或者CAN总线的温度和湿度测控系统,虽然这些系统有一些优点,如可靠性高、传输距离长等,但通常接口电路复杂、成本高,布线也比较困难,对于一些中小企业来说成本有点难以接受[5]。国外在温湿度监测技术上面已采用基于无线通信技术的在线测控系统,它通常采用数字式的温湿度传感器,使用ZigBee、RF等无线通信技术,实现温湿度的在线监测。通过无线通信技术将数据采集节点放置在仓贮中的不同区域内,可以方便地将仓贮内的温湿度情况传递到中心数据汇总节点,从而实现了从不同数据采集节点到中心节点的在线监测、报警和传输数据的功能。这些系统由数据采集模块、无线通信模块、报警模块等组成,具有结构简单、体积小、成本低、操作简单、适用范围广、可扩展性强等优点。与传统的系统相比,它更能满足现代仓贮系统对于温湿度值的精确需求。

在无线通信技术方面,主要有WiFi、蓝牙、ZigBee以及RF技术[6]。其中WiFi是一种无线局域网,在家庭和商业中有着广泛的应用,是无线以太网802.11b标准的常用名称,WiFi使得人们能够在基站范围内的任何地方发送和接收数据,高速的数据传输是它的一个很大的优势,比常用的通信方式要快数倍。

蓝牙是一种低成本、短距离的无线通信方式,它能够在不同种类的设备之间建立起无线通信。1998年初,蓝牙利益集团由爱立信、IBM、Intel、诺基亚和东芝所创立,在1999年七月,推出了蓝牙技术标准的第一个版本[7]。蓝牙通信是工作在2.4~2 5G的ISM频段,在这个频段无需向专业管理机构申请频率许可。蓝牙与其他无线通信设备的连接距离可以达到10m,如果使用一些扩展设备,其有效通信距离可以拓展到100m[8]。蓝牙技术可以轻易地越过障碍物实现通信,甚至可以互相连接许多个不在同一个区域的设备。

ZigBee技术是一种低功耗、低成本、结构简单的双向无线通信技术,ZigBee网络由一个协调器、一个或多个路由设备以及一些终端设备所组成。每个网络必须有一个协调器,它是整个网络的中心,负责收集每个终端节点发回的数据。路由设备则发挥其中继作用,扩大信号传输范围。终端设备用于实现特定功能,如信号采集等。ZigBee网络是专门为数据传输而设计的,所以其通信十分可靠,通过使用不同类型的ZigBee网络节点,可以轻易地建立ZigBee本地自动化控制网络。但与现有移动网络相比,ZigBee覆盖面积有限,只是一个局域网,但它可以连接到现有的移动网络其他通信网络,因此现在许多ZigBee局域网常常连接成一个整体,以解决有效覆盖范围的问题。