粮库温湿度监控系统设计.docx
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粮库温湿度监控系统设计
一、系统环境概述
系统用于露天仓储堆垛中温度、湿度的测量和采集，目前有十个仓储场区需要采用此设备，每个场平时堆垛数量在2000个左右，生产旺季在2500左右。
每个场区分5-6个区，每个区在200-400个堆垛，堆垛之间有供通行的4米宽装卸道路，TA区、B区和D区为堆垛的典型分布图，堆垛体积长×宽×高为8m×4m×4m，采用露天堆放，每个堆垛中需要温度探头6—8个，探头埋置于堆垛中。
堆垛中物品含水量在20%左右,对电磁波的吸收较大。
现场只有灯塔处有220V电源，灯塔高15米，在10米以下可以架设天线，其他地方没有电源且不能布线。
二、系统要求
（一）全无线，且探头采用一体式电池供电方式。
（二）数据集中显示及管理。
（三）可靠性高，不能出现误报、漏报情况。
三、系统设计依据
● 《GB50198-94计算机系统安全准则》
● 《HG20507-92工业自动化仪表工程施工及验收规范》
● 《GB50194-93建设工程施工现场供用电安全规范》
● 《JJG874-2007温度指示控制仪》
● 《移动通信技术》
四、系统构架描述
根据现场示意图分析，整个无线温湿度传输系统采用“蜂窝通信”方式，如图一所示：
图一蜂窝信道分布示意图
在图一中，整个厂区采用蜂窝方式进行数据通信，以每个灯塔划分为一个蜂窝，每个蜂窝采用不同的无线频段，在每个灯塔处安装一个无线接收基站，由基站接收所在小区的无线温湿度探头的数据。
每一个蜂窝的通信方式如图二所示：
图二蜂窝描述图
在图二中，无线温湿度传感器由电池供电，放置于堆垛当中，工作信道与它所处的蜂窝中基站的信道一致；无线接收基站安装在灯塔处，供电采用灯塔处的市电接入；基站将接收到的无线温湿度传感器的数据缓存在本地，由上级设备轮训时上传到上级网络，这样可以充分保证数据的可靠性。
接下来就是每个蜂窝的数据上传到上一级网络（接收中心）的拓扑结构，如图三所示：
图三蜂窝数据与接收中心拓扑图
在图三中，无线接收中心负责主动轮训每个蜂窝中无线接收基站缓存的数据，并把获取的数据通过RJ45接口上传到局域网中。
整个系统包含四种主要设备，无线温湿度传感器、无线接收基站、无线接收中心、个人计算机，数据流向如图四所示：
图四系统数据流向图
五、系统设备描述
（一）堆垛处：
内置868MHz无线探头（一体式、电池供电）
每个堆垛中分别放置868MHz无线探头（一体式、电池供电）一只，采用868MHz分信道传输模式将数据主动发送到自己所在蜂窝的无线接收基站（即灯塔处）。
无线温湿度传感器之所以采用868MHz频率，原因有以下几点：
1、根据我们实际测试和使用效果看出，目前采用的此款868MHz（兼容915MHz）方案，对障碍物的穿透能力强；
2、目前采用的方案中，外围元件极少，调试简单，为后期大批量生产提供了保障；
3、目前版本已经趋于成熟，睡眠功耗极低（小于10uA），采用已有的2400mA/H电池，在实际预算5分钟发送一次数据的情况下，电池可使用一年半以上，为降低系统后期维护提供了保障；
4、目前方案中，无线信道最多可达102个，为系统留有充分的容量，在实际现场当中，甚至每个蜂窝可以采用完全不同的信道进行传输，为系统的稳定性、可靠性及系统探头的延展性都带来了极大的保障。
（二）灯塔处：
无线接收基站（内置868MHz转433MHz无线网桥功能，工程施工时需加装避雷器）
在每个灯塔处安装无线接收基站一台（现场供电），向下提供868MHz频段来接收温湿度传感器的数据，向上提供433MHz大功率双向通信功能（向上采用433MHz频率主要考虑到传输距离问题，灯塔到办公室距离比较远，加之可能有很多遮挡因素，433MHz初步预算功率为2W），以便接收来自无线接收中心的命令；根据现场图纸描述，把以基站（即灯塔）为圆心，30米（具体视调试而定）为半径的区域划为一个蜂窝，各个蜂窝分别采用868MHz分信道进行数据收发。
基站把用868MHz接收到的探头数据缓存到本地高速缓存当中，当接收到无线接收中心的轮训命令（433MHz频率）时，通过433MHz频率将缓存数据应答给无线接收中心。
（三）办公室（管理中心）外：
无线接收中心（工程施工时需加装避雷器）
整个系统共设计一台433MHz无线接收中心，负责主动轮训各个蜂窝当中的无线接收基站，同时，无线接收中心对上行提供一个RJ45网络接口，将接收到的所有数据通过局域网上传至办公室ＰＣ上。
（四）办公室（管理中心）PC：
无线温湿度系统管理软件
在办公室（管理中心）的PC上安装无线温湿度系统管理软件一套，用于集中管理整个系统的所有温湿度数据，功能包括：
1、实时数据显示
2、历史数据查询、导出（PDF或EXCEL）和打印
3、探头参数设置，如温湿度补偿、报警上下限值自定义、探头名称及地址自定义等等
4、指定时间段温湿度变化曲线图
5、管理员及操作员权限设置
6、操作日志管理
7、其他
六、设备技术参数
（一）传感器（环境温湿度传感器）：
图五环境温湿度传感器示意图，防水。
工作电源：
电池供电（3.6V）
发射功率：
10dBm-30dBm（软件可设置）
采集周期：
8秒-2小时软件可设置
工作频段：
软件可设置
温度检测范围：
-40℃～＋124℃
湿度检测范围：
0%～100%RH
温湿度精度误差：
±0.5℃ ±3%RH
工作频段：
868MHz（最多102个频段可用，AES加密）
无线速率：
20～100kbps
相对位移范围：
一个场内堆垛内
发射距离：
>100m（探头至于烟垛内）
使用年限：
>1年
（二）无线接收网桥：
图六蜂窝无线接收网桥（防水型）
供电电压：
交流220V
工作温度：
-40℃～+85℃
上行工作频率：
标准433MHz（共8个频段可用）
发射功率：
≤2W
接收灵敏度：
-110dBm
通信距离：
>3公里（空旷距离）
下行工作频段：
868MHz（最多102个频段可用，AES加密）
接收灵敏度：
-110dBm
发射功率：
10dBm-30dBm（软件可设置）
设备编号：
软件可设置
天线接口方式：
SMA标准天线接口
抗干扰：
手机频率、政府无线频率、铁路通信频率、无线WIFI频率等常用频率抗干扰。
（三）无线接收中心
图七无线接收中心
供电电压：
交流220V
上行通讯接口：
RJ45网络接口
下行通信接口：
无线433MHz（共8个频段可用）
发射功率：
≤2W
接收灵敏度：
-110dBm
通信距离：
>3公里（空旷距离）
抗干扰：
手机频率、政府无线频率、铁路通信频率、无线WIFI频率等常用频率抗干扰
天线接口方式：
SMA标准天线接口
工作温度：
-40℃～+85℃
接 口：
ＭJ-ＭJ接口
七、系统互换性与维护
系统的互换性与可维护性主要体现在探头与无线接收基站上，具体实现如下：
（一）环境温湿度传感器
1、可维护性：
无线温湿度传感器采用铝合金外壳，为了增加设备稳定性及防护等级，将采用一体设计（将电路板、传感器探头、无线传输模块、电池、配置接口等都整体固定焊接在底板上），各个功能模块为硬连接，电路底板利用外壳卡槽安装，与外壳没有螺丝，当出现损坏需要更换时，只需拆卸其中一端挡板之后，就能很方便的将整体电路拉出，然后把新的电路板推入卡槽进行替换，装上挡板即可，不需要更换外壳，操作简单方便，工作量小，为后期维护更换带来很大便利，同时也节约了成本。
2、互换性：
当温湿度传感器需要更换使用位置和环境时，可以通过传感器外壳上提供的一个USB方头接口方便的重新设置新的基本参数，包括通信信道、发射功率、发送时间间隔、ID号等，相当于重新定义了一个新的传感器，此时就可以方便的重新投入一个新的系统当中使用。
（二）无线接收基站
无线接收基站的ID号与工作信道可以方便的利用温湿度系统管理软件通过无线接收中心在线更改（勿需从安装现场拆卸），这样，在系统重新分配的时候，我们可以利用这个功能方便的重新定义蜂窝，包括蜂窝的编号、蜂窝工作的信道等，为用户后期使用提供最大的便利。
八、售后和维保
本公司产品承诺1年内免费保修，超过维保期只收取成本费用。
（一）技术支持与服务
对于我公司销售的产品和设备我们保证用户能够得到整个系统的终身技术支持和服务。
作为技术支持重要部分，我们还将为用户提供最佳的系统升级服务，并确保：
1、技术的先进性与应用适用发展趋势；
2、随时能够为用户提供系统的扩展能力，以满足用户日益发展的要求；
3、升级后的系统有良好的性能价格比；
4、经济性。
（二）电话支持服务
客户的系统管理员或系统管理维护人员随时可与我公司直接电话联系，由我司工程师通过电话向用户提供专业的技术支持，以最快的速度解决用户网络系统中出现的问题，并提供全天候、无周末响应服务。
（三）返修维护服务
当我们的工程师通过电话无法及时排除问题时，贵方可选择将设备寄回我公司售后点，我公司将尽快为您解决查找原因并及时处理问题。
（四）设备维修服务
我们对免费维护期内的系统设备提供维护和更换服务，对后续保用服务合同内指定的所有设备提供保修和保养服务。
对于未包含在后续保用服务内的设备进行成本收费服务。
（五）人员培训
根据客户的需要，我公司将客户相关技术人员进行全面的技术培训，达到全面理解系统的功能和相关技术、并且可以独立进行安装配置、日常使用维持、一般故障诊断和修复等工作之目的，有关具体的培训内容包括：
1、系统的体系结构及相关技术；
2、系统的安装调试；
3、系统管理员和用户培训。
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