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基于PLC与ZigBee谷仓的通风系统设计

摘要：随着科技水平的不断进步，在工业生产过程中只能控制技术水平也在不断进步。智能控制在工业生产中的地位显得越来越重要，智能控制在自动化生产领域的传感技术等应用领域的使用更加日益广泛。本课题以传感技术为基础，PLC和ZigBee为主要的软件调试系统，将三者相结合设计开发了基于无线通信技术的谷仓智能检测系统。首先通过阐述基本需求与总体方案，提出了基于无线通信的远程操作技术的谷仓智能控制的性能指标，可以有效的预防在储存过程中产生粮食霉变，可靠性低等缺点。对谷物的温度进行了详细的分析，并对传感器关键数据分析计算；其次，根据控制的要求，确定了控制系统的总体方案，在原有平台基础上扩展相应PLC软件系统，重点研究了PLC程序编写；同时针对PLC控制技术的应用进行分析与优化，以达到智能谷仓的监控要求；将远程的无线通信运用在此次的控制系统中，以达到最优的控制状态。

关键词  谷仓； PLC；传感器；ZigBee

 

目录

摘要............................................................................................................…………………III

一、引言

 1.1课题研究及意义..............................................................................................................1

 1.2国外发展与研究现状.................................................................................................... 1

 1.3国内发展与研究现状.................................................................................................... 2

 1.4本课题主要研究内容.................................................................................................... 2

二、总体方案设计

 2.1总体方案..........................................................................................................................7

 2.2 ZigBee传感器网络.........................................................................................................8

 2.3 PLC控制系统..................................................................................................................9

三、无线传感网络的硬件设计..............................................................................................4

 3.1无线传感网络特征..........................................................................................................4

 3.2无线传感网络的总体方案..............................................................................................5

 3.3温度传感器......................................................................................................................5

 3.4温度传感器的选型.........................................................................................................6.

  3.4.1AM2302引脚及功能..................................................................................................6

  3.4.2单总线通信协议........................................................................................................6

  3.4.3 外设读取流程图.......................................................................................................6

四、 ZigBee网络的建立.，.................................................................................................7

 4.1 ZigBee网络协议栈........................................................................................................8

 4.2 ZigBee的网络通道........................................................................................................8

 4.3 ZigBee的网络设备和拓扑结构....................................................................................9

 4.4 ZigBee网络的建立过程..............................................................................................9

  4.4.1软件开发环境..........................................................................................................9

  4.4.2工程的编辑及修改..................................................................................................10

  4.4.3实验原理及其流程图..............................................................................................10

  4.4.4协调器......................................................................................................................10

  4.4.5协调器编程..............................................................................................................11

  4.4.6终端节点的编程......................................................................................................12

五、CC2530模块.................................................................................................................13

    5.1晶振电路的设计................................................................................................... 14

    5.2电源电路的设计.....................................................................................................14

    5.3传感器连接电路.....................................................................................................14

六、控制方案.......................................................................................................................15

    6.1系统设计思路.........................................................................................................16

    6.2 PLC的选型.............................................................................................................16

    6.3PLC外部连接电路..................................................................................................16

    6.4PLC控制系统设计步骤..........................................................................................17

    6.5梯形图的设计.........................................................................................................17

     6.5.1初始化程序........................................................................................................19

     6.5.2启动温度控制程序............................................................................................19

        6.5.3粮仓温度控制的主程序...........................................................................20

        6.5.4 闪烁报警程序..........................................................................................21

        6.5.5计数显示程序...........................................................................................22

        6.5.6数据传送控制...........................................................................................23

七、总结与展望................................................................................................................24

参考文献

附录                                                                  

 

一、引言

1.1课题来源及研究意义

本课题来源于农业存储过程中需要满足外部环境影响，且需要许多的劳动力。随着自动化的发展越来越方便的机器化已慢慢进入我们的生活之中，为了更好的满足储存粮食作物需要的一些外部环境，减少粮食在储存过程中的损失，本文采用了PLC控制、ZigBee无线通信技术和现代传感器三者相结合的方式，设计了一种智能的粮仓监测控制系统。

通过对于我国粮仓监测控制系统的发展现状和粮食储存时所需要的环境因素进行了分析和研究，在已有的监测控制技术的基础上提出了基于ZigBee技术的无线网络和PLC控制的通风系统。该系统可以有效的实现粮食的存储环境需求，对粮仓实现智能化管理会有很大的意义。

1.2国内谷仓智能存储研究与应用概况

国内的无线传感网络自主研究的步伐与一些发达国家基本保持一致。首先，从时间上来说，同样也是从上个世纪90年代开始的;再者，从技术水平上来说，我国对无线传感网络的研究水平与国外相比基本处于一条水平线上。

  1999年，作为中国科技发展“领头羊”，中科院在它的“信息与自动化领域研究报告”里正式将无线传感网络作为重要研究项目提出。

  2004年9月，该中心在北京进行了其相关研究成果的大规模演示，且部分成果应经投入实际工程中使用，收效显著。这次展示使国内很多高校和公司颇为触绪论动，纷纷开展同领域的相关研究至此，国内市场上掀起了一波无线传感网络的研究、应用新潮。

  我国无线传感网络在工业生产和生活应用也很广泛。如用于智能交通的道路监控系统、智能家居环境感测系统、城市公共安全应急指挥系统、安全生产或者环境监控的信息采集系统等都无一例外的采用无线传感网络实现高效率高精度的控制。

我国监控技术应用比较晚，于2012年公开了一种粮仓智能通风系统，本发明通过电路中各个环节的有效配合，使粮仓粮食始终处于干燥、通风的状态，该系统和控制方法通过在中央储备粮郑州直属库实验，实验结果表明该系统和控制方法对粮食的储存非常有效。目前国内粮仓监控系统已经应用到很多粮库，但由于传感信息单一，范围小，布线麻烦，系统还不够完善。目前存在的主要问题有:监控系统通信速率慢;监测系统与应急控制系统没有完全联系到一起，在特定无人情况下无法完成仓内情况的处理。

目前我国现有的粮情监测系统也普遍没有与应急控制系统相结合，使得大量的现场传感信息数据无法得到有效应用，无法在危险来临之前提供报警信息和无人应答时做出快速正确反应，因此研制的仓内监测分站和控制中心相结合的系统具有十分重大的意义。

1.3国外谷仓智能存储技术发展与现状                                  

在国外一些发达国家由于物联网技术以及传感器的起步比较早，其技术已到达比较成熟的地步。在农业以及更个个方面 ，早在20世纪60年代，美军就已经在战场上应用了“热带树”的无人值守传感器，检测到的目标就会发出震动或者声音等一系列的信号，并立即通过无线设备或无线通道向指挥部进行报告。指挥部再根据获取到的信号进行处理，由于使用了远程的检测传感器，有人工放置在被观测区域。传感器会记录被检测对象活动所引起的地面振动、声响、红外与磁场等物理变化，再决定如何进行处理。由于实验成果得到较好的收获，得到很多的认可 ，目前很多国家都相继开展无线传感技术的研究及应用。随着时代的进步其发展慢慢向着日常生活中发展。

2002年，因特尔公司发布了关于传感器发展的新计划。并很快的将无线网络技术运用到“大鸭岛”项目。

2003年美国政府投入资金到传感网络项目研究。

2004年，日本政府也开始研究无线传感器网络，并延伸到各各领域。

1.4本课题的主要研究内容

本设计系统的主要任务是以三菱FX-2N系列plc作为处理器的核心，在应用无线通信以及传感器等元器件将粮仓中的信号处理后在传送到plc处理器，在此基础上由plc处理器对数据进行运算利用远程pc机进行远程的监控，实现自动化的粮食存储过程中的作业。

该系统的总体的设计思路：该粮仓的存储温度、适度控制系统采用全自动的控制，当系统上电后，系统对于温度、湿度进行实时的自动监控，以及自动控制；通过设备的启动、以及停止的按钮进行控制驱动电动机设备的启动和暂停，然后对粮仓的温度进行控制，运用PLC的内部的本身自带的计数器对温度湿度进行计数显示。         

 

参考文献

1．AudoCAD2014入门与实例详解／立雅科技编著-北京：中国铁道出版社，2005，4

2．无线传感器网络技术及应用 中国工信出版集团，人民邮电出版社2016.1