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基于ZigBee的粮仓环境监测系统研究的中期报告
摘要
本文介绍了基于ZigBee的粮仓环境监测系统的研究进展和实验结果。该系统由节点网络、中心节点和云平台组成，可实现对粮仓内温度、湿度、氧气浓度和二氧化碳浓度等环境参数进行实时监测和报警。在实验中，我们使用三个节点分别采集了不同位置的环境数据，经过传输到中心节点并与预设阈值比较，通过LED灯和蜂鸣器进行报警，同时将数据上传至云平台进行可视化展示和数据分析。实验结果表明，该系统具备较高的稳定性和准确度，能够满足粮仓环境监测的需要。
关键词：ZigBee；粮仓环境监测；节点网络；中心节点；云平台
Abstract
ThispaperpresentstheresearchprogressandexperimentalresultsoftheZigBee-basedgrainwarehouseenvironmentalmonitoringsystem.Thesystemconsistsofnodenetwork,centralnodeandcloudplatform,whichcanrealizereal-timemonitoringandalarmoftemperature,humidity,oxygenconcentrationandcarbondioxideconcentrationinthegrainwarehouse.Intheexperiment,weusedthreenodestocollectenvironmentaldatafromdifferentlocations,whichweretransmittedtothecentralnodeandcomparedwiththepresetthresholdvalues.ThealarmwastriggeredbyLEDandbuzzer,andthedatawereuploadedtothecloudplatformforvisualizationanddataanalysis.Theexperimentalresultsshowthatthesystemhashighstabilityandaccuracy,andcanmeettheneedsofgrainwarehouseenvironmentalmonitoring.
Keywords:ZigBee;grainwarehouseenvironmentalmonitoring;nodenetwork;centralnode;cloudplatform
1.引言
粮食是人类的重要食物来源，其质量安全直接关系到人们的健康和生命。而粮仓环境则是影响粮食存储质量和安全的关键因素之一。在传统的粮仓监测方法中，需要人工定期巡查和记录环境参数，存在监测精度低、误差大、人力成本高等问题。因此，研究一种自动化、实时监测的粮仓环境监测系统势在必行。
无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是一种由大量分布式传感器节点组成的网络，具有自组织、自适应、低功耗等优点，已被广泛应用于环境监测、数据采集等领域。ZigBee是一种低功耗、低速率的无线传输协议，适用于节点数量较多、每个节点数据量较小的场景。本文基于ZigBee技术，设计了一种粮仓环境监测系统，实现了对粮仓内环境参数的实时监测和报警，并将数据上传至云平台进行分析。本文介绍了该系统的硬件架构和软件实现，以及实验结果和分析。
2.系统架构
2.1系统组成
该粮仓环境监测系统由节点网络、中心节点和云平台组成。其中，节点网络由多个节点组成，每个节点可以采集环境参数并将数据传输到中心节点。中心节点负责接收节点网络传输的环境数据，并与预设阈值进行比较，触发报警信号并将数据上传至云平台。云平台则负责展示和存储数据，并进行数据分析。
2.2系统硬件
节点网络中的节点硬件主要包括：温湿度传感器、氧气浓度传感器、二氧化碳浓度传感器、ZigBee通信模块和微处理器等组成的小型电路板。中心节点的硬件包括：ZigBee通信模块、微处理器、LED灯和蜂鸣器等组成的小型电路板。云平台则需要一台计算机和连接互联网的设备，以及可视化和数据处理软件。
2.3系统软件
该系统使用嵌入式C语言编写节点网络和中心节点的程序，并使用Python编写云平台程序。节点网络和中心节点可以通过ZigBee通信模块实现无线通信，中心节点通过串口与计算机连接，与云平台进行数据交互。云平台使用Flask框架搭建服务器，使用Chart.js实现数据可视化，使用Pandas进行数据分析。
3.实验结果
在实验中，我们采用了三个节点，分别放置在不同位置，节点1负责采集温度和湿度，节点2负责采集氧气浓度，节点3负责采集二氧化碳浓度。每个节点将采集到的数据发送给中心节点