專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域，尤其涉及ー種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,簡(jiǎn)稱(chēng)WSN)被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，是眾多的傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方式，相互聯(lián)系，處理、傳遞信息的網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，傳送給所需用戶(hù)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事、エ業(yè)、交通、安全、醫(yī)療、探測(cè)以及家庭和辦公環(huán)境等很多方面都有著廣泛的用途，其研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，關(guān)系到國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等各個(gè)重大 方面，近年來(lái)在國(guó)際上引起了廣泛的重視和投入。釀造過(guò)程是在很多酒類(lèi)、藥品等生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的過(guò)程之一。釀造流程中各種エ藝參數(shù)，如溫度，濕度等的精確控制與產(chǎn)品的質(zhì)量有直接的關(guān)系。對(duì)釀造過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)解決是至關(guān)重要的，而最終產(chǎn)品的抽檢只是“馬后炮”エ程，所以對(duì)于釀造過(guò)程進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)的需要十分迫切。在傳統(tǒng)的釀造過(guò)程中，對(duì)于影響質(zhì)量的情況缺乏有效的控制手段。以釀酒過(guò)程中釀堆溫度的控制為例，常見(jiàn)的有線(xiàn)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可用性不強(qiáng)，線(xiàn)纜的長(zhǎng)度限制了操作范圍，并且影響工作環(huán)境；只能設(shè)置固定位置，固定數(shù)量的采集點(diǎn)，而不能靈活布置；一旦系統(tǒng)建成，擴(kuò)充的成本高；數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)量也很有限。此外由于車(chē)間內(nèi)作業(yè)環(huán)境惡劣、并且大量存在帶有腐蝕性液體，還有很多企業(yè)無(wú)法實(shí)施有線(xiàn)的釀造監(jiān)測(cè)方案，而由工人“目艮觀手摸”，憑借經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制釀造過(guò)程。這種狀況顯然會(huì)造成釀造過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，制約了釀造エ藝的現(xiàn)代化進(jìn)程。為了滿(mǎn)足現(xiàn)代企業(yè)在釀造過(guò)程的實(shí)際需要，結(jié)合基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)用于釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，針對(duì)目前釀造過(guò)程中存在的問(wèn)題和不足，提供了ー種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。實(shí)現(xiàn)釀造過(guò)程中釀造數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集；實(shí)現(xiàn)釀造數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程傳輸；支持實(shí)現(xiàn)對(duì)于釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括射頻單元，用于實(shí)現(xiàn)釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備間的無(wú)線(xiàn)通信；MCU處理單元，用于完成設(shè)備上的數(shù)據(jù)處理和邏輯運(yùn)算，以及各単元的控制；傳感器單元，用于采集釀造過(guò)程中監(jiān)測(cè)對(duì)象和環(huán)境信息。
該釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)ー步包括電源管理単元，采用定時(shí)休眠、定時(shí)喚醒的工作方式以節(jié)省電力。該釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)ー步包括SPI數(shù)據(jù)總線(xiàn)，用于射頻単元與MCU単元的數(shù)據(jù)傳輸。傳感器模塊用于環(huán)境溫度等信息的采集，并將其傳送至MCU控制器模塊。MCU控制器模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，完成的工作主要有數(shù)值的處理，電源電壓的監(jiān)控，中斷的產(chǎn)生與響應(yīng)，定時(shí)功能，以及對(duì)射頻輸出模塊的控制與響應(yīng)。射頻模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，以及命令的傳送，是節(jié)點(diǎn)相互連接的媒介。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，充分利用了 ZigBee技術(shù)的低成本、低能耗，自組織網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍廣等特點(diǎn)。相對(duì)于有線(xiàn)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備，本方案具有以下特點(diǎn)
·
I.實(shí)現(xiàn)利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)釀造過(guò)程的多點(diǎn)、多參數(shù)、多通道的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；2.節(jié)省成本、提聞效率；3.提高釀造生產(chǎn)流程的自動(dòng)化程度；4.降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；5.提聞廣品質(zhì)量的穩(wěn)定性和生廣能力；6.實(shí)現(xiàn)釀造生產(chǎn)流程管理的數(shù)字化和信息化；7.采用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)靈活、方便；8.實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程對(duì)象和環(huán)境因素的同步監(jiān)測(cè)；為后續(xù)的釀造エ藝的分析和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)說(shuō)明。圖I為本發(fā)明所提供的基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供射頻模塊原理圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的傳感器模塊原理圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的MCU控制器模塊；圖5為本發(fā)明實(shí)施例所提供的電源穩(wěn)壓模塊；圖6為本發(fā)明實(shí)施例所提供的液晶接ロ模塊；圖7為本發(fā)明實(shí)施例所提供的電源復(fù)位模塊；圖8為本發(fā)明實(shí)施例所提供的調(diào)試接ロ模塊。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，基于圖I所示的原理圖，結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明，一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法的結(jié)構(gòu)進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例
本發(fā)明提供的典型的一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法的原理圖如圖I所示。在一個(gè)釀酒過(guò)程監(jiān)控的實(shí)例中，要求監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)具有如下幾項(xiàng)功能I.可以定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)溫度；2.每ー個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有三個(gè)測(cè)量傳感器，可以采集三個(gè)不同位置的溫度值；3.具有工作狀態(tài)指示和欠電指示；4.具有自動(dòng)喚醒功能，可定時(shí)與基站、其它的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)聯(lián)絡(luò)；5.可以定時(shí)向基站通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，并接受執(zhí)行基站指令。如圖2所示，圖2為系統(tǒng)采用MSP430做為處理器的原理圖。 如圖3所示，圖3為系統(tǒng)中采用的傳感器模塊的原理圖。傳感器由三個(gè)18B20組成，分別接在控制芯片的三個(gè)引腳。用于測(cè)量三點(diǎn)的溫度值。每個(gè)18B20的連接方法相同，在DQ端接4. 7K的上拉電阻，電源和地分別接于系統(tǒng)。如圖4所示，圖4為系統(tǒng)中采用的控制器模塊的原理圖?？刂破髂K采用msp430149芯片。在此最小系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為，可以定時(shí)進(jìn)入休眠，定時(shí)被喚醒。其中包括若干小模塊。電源穩(wěn)壓模塊(如圖5所示)，控制器需要3. 3V的電壓工作，故采用低壓差穩(wěn)壓芯片76933，將電源的電壓穩(wěn)定在3. 3V。液晶接ロ模塊(如圖6所示)，接于控制芯片的四個(gè)引腳，引出為端ロ形式，四段液晶顯示溫度用于產(chǎn)品的調(diào)試。電源復(fù)位模塊(如圖7所示)，采用頂P809為電源復(fù)位芯片，為電源的硬件復(fù)位。調(diào)試接ロ模塊(如圖8所示)，主要包括JTAG和UART串ロ接ロ，可以用于程序的下載與在線(xiàn)調(diào)試。系統(tǒng)的工作過(guò)程如下溫度傳感器18B20采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度，井上傳至控制器MSP430?？刂破鞫〞r(shí)讀取傳感器18B20的溫度值，進(jìn)行計(jì)算，定時(shí)通過(guò)射頻模塊CC2420向外部轉(zhuǎn)發(fā)信息，同時(shí)可以接受外部命令，并執(zhí)行相關(guān)操作。在MCU不采集溫度傳感器值的時(shí)候，關(guān)斷18B20的供電電源，使系統(tǒng)耗電量達(dá)到最少。在系統(tǒng)休眠時(shí)，關(guān)斷CC2420，也是為了系統(tǒng)節(jié)省用電量。有外部串行液晶顯示模塊接ロ，是為了系統(tǒng)調(diào)試用。添加可擦寫(xiě)的存儲(chǔ)器，用于存放系統(tǒng)信息。當(dāng)系統(tǒng)電壓低至系統(tǒng)不能工作吋，電池檢測(cè)模塊向控制器提供ー個(gè)電量不夠的信號(hào)，同時(shí)用LED作為指示，將信息直接給用戶(hù)。系統(tǒng)處于正常工作時(shí)，有指示燈顯示。復(fù)位芯片可以為系統(tǒng)提供一個(gè)可靠的復(fù)位信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，其特征在干，該系統(tǒng)包括射頻單元，用于實(shí)現(xiàn)釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備間的無(wú)線(xiàn)通信；MCU處理單元，用于完成設(shè)備上的數(shù)據(jù)處理和邏輯運(yùn)算，以及各単元的控制；傳感器單元，用于采集釀造過(guò)程中監(jiān)測(cè)對(duì)象和環(huán)境信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述系統(tǒng)中采用支持ZigBee協(xié)議的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)協(xié)議。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述系統(tǒng)中采用電池檢測(cè)模塊為控制器和用戶(hù)提供電池電量指示。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述系統(tǒng)中主要由無(wú)線(xiàn)通訊模塊、上部探頭、中部探頭、底部探頭、操作部件幾部分組成。無(wú)線(xiàn)通訊模塊設(shè)置在設(shè)備的頂端，依次向下分別是操作部件、上部探頭、中部探頭，及底部探頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括射頻單元，用于實(shí)現(xiàn)釀造過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備間的無(wú)線(xiàn)通信；MCU處理單元，用于完成設(shè)備上的數(shù)據(jù)處理和邏輯運(yùn)算，以及各單元的控制；傳感器單元，用于采集釀造過(guò)程中監(jiān)測(cè)對(duì)象和環(huán)境信息。利用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了釀造過(guò)程中釀造數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)施采集；實(shí)現(xiàn)了釀造數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程傳輸；實(shí)現(xiàn)對(duì)釀造過(guò)程中監(jiān)測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；滿(mǎn)足了對(duì)釀造過(guò)程進(jìn)行無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102761565SQ20111010438
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者于洪淼, 姜宇, 陳瑩 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春曼博科技有限公司