第 35卷 第 6期
2014年 11月
中国农机化学报
Journal of Chinese Agricultural Mechanization
V0l_35 No．6
NOV． 2014
DOI：10．137330jcam．issn．2095-5553．2014．06．060
结合物联网技术的烟叶堆存储温湿度控制系统设计 术
蔡思静
(福建工程学院信息学院，福州市，350118)
摘要：针对烟叶堆存储中温湿度自动化控制不足．主要依靠经验判断的人工管理方式．提出了基于物联网技术的烟叶温湿度控制系统。描
述了仓库的布局布线和系统的3个功能组成．分析了射频传感标签的软、硬件组成，详述了阅读控制器的拓扑结构设计和MuhiCeiver设
计，讨论了上位机的功能模块。该系统引入物联网技术，克服了传统管理中存在的安全隐患，提升了烟草业的自动化控制能力 ，为了物联
网技术与烟草业 自动化控制的技术融合提出了新的方向
关键词：物联网：温湿度 ；烟叶堆 ：射频
中图分类号：TS411．1：TP319 文献标识码：A 文章编号：2095—5553(20141 06—0241—05
蔡思静．结合物联网技术的烟叶堆存储温湿度控制系统设计叨．中国农机化学报，2014,35 ：241~244，253
CaiSijing．Design oftemperature andhumidity controlling systemfortobaccopilesbasedonIOTtechnology叨．Journal ofChineseA culturalMecha—
nization,2014,35 ：241 44，253
0 引言
烟草行业工序繁多，包括了烟叶收购、打包、运
输、储存、复烤加工和卷烟的储存、销售等。烟叶具
有可燃性 ，既能发生有焰燃烧 ，又能发生阴燃 (无焰
燃烧)【”。烟叶的燃烧特性除了与其化学组成有关外 ，
还受外界因素，如温度、湿度等影响 【2】。如：在烟叶
的储藏过程中．当空气的湿度增大时．霉变将产生挥
发性可燃气体．随着温度逐渐升高．这些气体将发生
自燃 烟叶发生白燃将给企业和国家带来巨大的财产
损失．因此，在烟叶存储中进行温湿度控制非常重
要。现阶段针对烟叶存储的温湿度控制主要是通过传
感技术进行仓库内环境的温湿度检测．这种检测方式
可以测定堆放烟草的仓库内空气的温度和湿度．但是
无法测试堆叠的烟叶堆内部的温湿度 因此．人们又
设计了带温湿度传感器的钢钎 ．通过人工方式定时的
将钢钎插入堆叠在一起的打包好的烟叶堆中测试温湿
度。这种方式存在的问题显而易见：
1)器械损耗大。由于烟叶打包后密度很大 ，当
钢钎插人时，传感器等器械的物理损伤不可避免：
2)测试范围和精度不高。烟叶压缩后密度增大，
采用人工插入传感器检测的方式．无法准确定位烟叶
内部的温湿度分布，更多的只能凭借经验判断：
3)耗时耗工。这种方式采用人工操作，且钢钎
几乎测试不到烟叶堆中心区域的温湿度．只能凭借经
验和人工搬运烟叶包．将里面和外面的烟叶包位置交
换堆放．耗时耗工。
随着物联网技术的广泛推广．将其射频传感技术
引入烟叶堆内环境温湿度测试中．既可以减少器械损
耗和人工消耗，又可以实时、准确定位烟叶包 的温湿
度数据信息，其优越性是传统技术无法比拟的。
1 系统概述
烟叶仓库根据类型不同．面积大小不一 f标准库
每层面积在120m2)。烟叶包通常打包为80x6Ox4Ocm3。
烟叶堆的堆叠大小没有明确限定 ，通常不高于2m．
烟叶堆之间预留至少2m的通道 根据烟叶仓库的堆
放格局．结合物联网技术的烟叶存储温湿度控制系统
电气布置如图1所示．系统由3部分组成：射频传感标
签、阅读控制器和烟叶存储上位机监控平台。
射频传感标签由两部分组成：固定在电气外包装
顶端的射频标签和固定在传感轴上的温湿度传感器。
射频标签设置在顶端可以有效避免干扰和物理机
械损伤。用于获取位置和时间信息，并进行射频通信。
传感器通过电气连接线连接．用于获取每一个烟
叶堆中心轴的温湿度分布
阅读控制器通过有线和无线方式完成射频传感标
签与上位之间的数据通信
烟叶存储监控系统的上位机采用PC机．完成信
息通信、数据分析处理等功能。
收稿日期：2014年4,92日 修回Et期：2014年47]25日
基金项目：福建省科技重大专项专题(2O13HzooO1_4卜 面向生产经营全过程的制造物联集成系统的研发与示范应用；福建省教育厅科技项目(JAl2232卜
物联网环境下数字医疗信息系统的智能居家模型研究；福建省科技厅自然科学基金项目(2O13JOl21 一 营运车辆超速感知与安全预警系统的研究
作者简介：蔡思静，女，1983，福建南平人，硕士，讲师；研究方向为物联网技术的应用。E-mail：caisijing@163．corn
中国农机化学报
曩叠 前端阅读器
固 温湿度传感器
l国 射频标签
@ 接地固定底座
电气连接线
电气外包装
图 l 烟叶仓 库内温湿度射频传感监控系统示意图
Fig．1 Schematic diagram of temperature—humidity measurement system for tobacco warehouse
2 射频传感模块
射频传感模块各个功能组成采用分离放置．通过
接地固定底座和电气外包装固定．经电气连接线完成
布局布线 如图1所示 ．距离地面最近的一个温湿度
传感器与地面距离为20cin．高度低于2m的温湿度传
感器以50cm的间距布局．其主要依据是烟叶包的大
小及温湿度控制需求 烟叶包将 围绕着每一个烟 叶堆
放中心轴进行堆放．通过射频技术完成对每一个烟叶
堆中心轴的温湿度采集．以确定是否存在安全隐患
2．1 模块硬件设计
射频传感模块由射频模块 fnRF24LE011、温湿度
传感模块 (SHT751及外围电路组成，分为四个功能
模 块 ： 微 处 理 器 f 8051内 核 1、 射 频 模 块
(nRF24L01+)、温湿度传感模块 (SHT75)和电源管理
模 块 nRF24LE01提 供 2．4GHz无 线 收 发 模 块
(nRF24L01+)和微处理器 f增强型8051内核1完成数
据处理和射频通信，其 m级CMOST艺满足系统模块
设计需要 f3j。温湿度传感器采用集成一体化传感器
SHT75，相较于其他温度传感器f如DS18B20)，该传感器
的优势在于具备通过传感标签I／O端口识别传感器功
能，在更换传感器是不需要重新定位写入地址 『41。
2．2 模块软件构架
射频模块nRF24LE01提供了增强型8051单片机完
成对温湿度数据的接收和处理后．送入A／D转换模块，
完成数据 打包 ．然 后经nRF24L01+射频模 块完成发
送．发射配置流程图如图2所示 模块基于C语言进行
模 块 化 软 构 建 开发 ．射 频 收发 模 式 采 用Enhanced
ShockBurstTM模式，进行4种工作模式、6种状态的调
配．状态图如图3所示 [51
2014正
图 2 PTX配置流程图
Fig．2 Flow char of PTX configuration
部分代码如下：
#define ptx OxO0；
#define prx 0x01；
#define csn
_ low 0 rfcsn=0；
#define csn
_ high 0 rfcsn=1；
#define W R TX load 0xA0：
#define ce
_ pul 0 ce_high 0；⋯⋯
第 6期 蔡思静 等：结合物联网技术的烟叶堆存储温湿度控制系统设计
图 3 数据流收发模式分析状态图
Fig．3 State diagram of flow receiving and transmission model
函数原型声明 ／
unsigned char nrf24L01
_ writemulbyt(unsigned
char reg，unsigned char length，unsigned char bu0；
void nrf24L0 l
_ tbyt(unsigned char dat)；
unsigned char nrf24L0l
_ writemulbyt(unsigned
char reg，unsigned char length，unsigned char bu0
{unsigned char sta；
int i；
csn
_ low 0；
sta=nrf24L01
_ reg．_rw(reg)；
for(i=0；i<length；i++)
{nrf24LOl_reg__r~ buf++)；}
csn
_ high 0；
return(sta)；)
void nrf24L01
_ tbyt(unsigned char dat)
{nrf24L01一rt—switch(ptx)；
nrf24L01
一
flu
— tx 0；
nff24L01
_ writebyt(wr tx load，dat)；
ce
— pul 0；)⋯⋯
3 阅读器设计
阅读控制器射频模块采用nRF24LE01．与射频传
感标签的软构建复用。微处理器选择MSP430F449．
MSP430F449提供 A／D转换 模块 ．通过SPI串 1：3与
nRF24LE01进行信息通信
3．1 阅读控制器的拓扑结构设计
大型烟草仓库会有不同类型的烟叶仓库组群而成．
且仓库之间、仓库与监控中心之间都有一定的传输距
离。为了降低数据传输干扰，提供数据处理效率，系
统阅读控制器采用2层网络拓扑结构，如图4所示。
3．2 阅读控制器的 MultiCeiver模式设计
nRF24LE01提供MuhiCeiver接收模式．可连接6路
独立的并行数据通道．每路数据通道都能够完成增强
型shockburst功能。每个数据通道有固定的物理地址．
如表l所示 [51
4 温湿度控制平台设计
上位机基于VS平台、C#语言，结合GDI+图像处
理功能与ADO．NET数据库管理技术．完成6大功能模
块设计，提供实时数据串1：3通信、监测数据接收、存
储，以及温度值超限报警等功能。
通信模块：提供串口参数设置及串口通信功能。
监测控制：提供监测方式选定 f系统提供了测试
数据自动定时上传、手动控制上传、预警过渡区上传
表 1 数据通道物理地址表
Tab．1 Physical address table of data channel
中国农机 化学报 2014焦
2级阅读控制器A
接收频率：￡_l，￡_2，f__3⋯，f_6
接收地址：dl_l，d1_2，⋯，dl_6
l级阅读控制器A l
发送频率：f l
接收频率：f l1
发送地址：dl 1
接收地址：d1j1，dl12，⋯，dl一 16
l级阅读控制器A 2
发送频率：f__2
接收频率：f 2l
发送地址：d1_2
接收地址：dl_21，d1．22，⋯，dl一 26
1级阅读控制器A 3
发送频率：f_6
接收频率：f 6l
发送地址：dl 6
接收地址：dl_6l，dl
一 62，dl_63，⋯，d1-66
射频传感标~A-2-2
发送频率：f 2l
接收频率：f 2
发送地址：dl 2l
射频传感标签A 2 2
发送频率：f_21
接收频率：f 2
发送地址：dl 22
l 射频传感标签A 2 2
l发送频率：f 2l
l接收频率：f 2
l发送地址：d1 26
图 4 阅读 器网络拓扑结构 图
Fig．4 Structural drawing of Network topology for reader
等方式)、监测方式转换、监测启止控制等功能。
显示控制：系统提供监测数据的数据库显示、二
维曲线显示、三维曲线显示。该模块提供了不同模式
的选择、切换等功能。
数据管理：该模块完成上传的监测数据保存和处
理．并提供本地报表生成、本地报表上传等功能。
预警、报警程序：根据温度预警区间值，提供预
警、报警功能。
冗余接口模块：该模块基于软构建设计思路，系
统采用模块化设计．并预留模块端口提供与烟草系统
其他平台和功能模块的通信、升级和移植设计。
5 结语
本文进行了物联网环境下的烟叶存储温湿度控制
系统设计，根据烟叶仓库的布局、烟叶堆放和温湿度
控制需求．进行了烟叶堆温湿度射频传感模块的布局
设计．完成了烟叶存储温湿度监测系统的射频传感标
签、阅读控制器和上位机监测系统的设计。将物联网
技术引入烟叶存储过程具有其他温湿度监控技术所无
法比拟的优势．为烟草业智能控制的物联网化提供了
很好的技术路线。本文得出了以下结论：
1)射频技术引入烟叶存储控制确实可行，将工
人从经验判断和繁重的人工操作解放出来。
2)物联网环境下的射频与传感技术的融合性得
以验证。
3)通过本课题研究 ．为烟草业的物联网技术化
发展提供了很好的理论依据和技术融合方向。
本研究还处于初级阶段．下一阶段的研究工作体
现在 ：
1)进行反复试验 ，进一步完善射频及传感模块
的布局布线设计
2)通过针对烟草仓库的不同需求及实地测试 ，
进一步完善阅读控制器的拓扑空间设计
参 考 文 献
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(下转第253页)
第 6期 马鸿健 等：生姜溯源信息系统的设计 与实现
分考虑了追溯体系建设中政府和企业的角色和功能．
将溯源融于企业管理．可以溯源产品的源头和流向．
为食品的安全提供了有效的监管 系统在方便消费者
溯源的同时．也为企业和监管部门进行产品质量管理
提供优质、高效的平台。是解决生姜产品质量安全问
题的有效措施
参 考 文 献
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Design and implementation of ginger traceability information system
Ma Hongjian’，Liu Pingzeng’，Zhang Yunfan’，Chen Dong’，Zhang Guodong
(1．ShandongAgricultural University,Taian，271000，China；2． e ofTai"an Municipal People Government，Taian，271000，China)
Abstract：The system was set up according to the whole industry chain information management and traceability requirements of ginger production enterprises．It
relied on agricultural information technology and used traceab ility inform ation reliable delivering as the core．The system used three—tier architecture as overall
system framework，which was the presentation laye~application layer,and the data services layer．On the basis of an alyzing the critical control point of each
nger production processes，the functional structure was designed．Th rough researching the inform ation perception of things technology，inform ation flow delivery
technology，traceability coding technology and other key technologies，the ginger whole industry chain information management and traceab ility were achieved．
Keywords：ginger chain；safety traceability；perception of things
(上接第244页)
Design of temperature and humidity controlling system for tobacco
piles based on IOT technology
Cai Sijing
(Fuji~ University ofTechnology,Fuzhou，350108，China)
Abstract：In order to promote the automatic controlling technology for temperature and humidity in tobacco storage，a temperature and humidity controlling sys—
tem for tobacco storage based on IOT technology was proposed．The storage layout and three functions of the system were described，the software and hardware
constitution for RFJD＆Sensing tag were analyzed，the topological structure and MultiCeiver design of the reading controller were discussed，and the host com—
puter system functions were also described．The system based on IOT technology overcomes the potential safety hazard of traditional management，promotes the
automatic controlling ability，an d proposes a new direction for the technique integration of tobacco industry automatic controlling and IOT technology．
Keywords：lOT；temperature and humidity；tobacco piles；RFID
