概述
1.1 课题的研究背景及意义
互联网它是一个连接物理世界和信息世界的庞大系统，是下一代网络发展的趋势，是世界信息产业的又一次浪潮。物联网的应用遍及医疗卫生、空气检测、工业控制、智能交通和政府工作等多个领域，它的发展对于提高行业信息化和智能化程度，增强行业综合实力起着至关重要的作用，受到各国政府和科研机构的关注。我国也较为重视物联网的发展，国家领导在不同场合多次提到利用科技创新引领经济发展，着力突破物联网关键技术，明确提出“感知中国”的发展理念，并将多个物联网科技支撑项目纳入国家“十二五”计划，着力推动物联网在各个领域的发展。粮食既是国家的战略资源，又是保证人民正常生活的基本物质；粮食安全是国家安全的基础，维持一定数量、品种和品质粮食的储备是保证国家粮食安全的必要措施。粮食安全储藏是确保粮食安全的重要环节，一直备受关注。随着我国农业科技的快速发展，粮食产量不断增加，粮食仓储量也随之增加。
由于粮食在仓储过程中，易受各类害虫、霉等生物因子、非生物因子的影响；加之我国粮食储备周期较长，粮堆的温湿度随外界的季节性变化，引起粮食发热霉变，造成粮食的品质变化和数量损失。同时，由于资金和技术上的原因，我国的大多数粮库仅限于人工监测粮仓内粮食的温湿度，出现险情时不能及时作出相应的处理，从而造成大量的损失。
据调查统计，我国每年的粮食产后损失达到 18.2%，再加上农户储粮损失 8%左右，累计损失约 400-900 亿斤。改革开放以后，我国的粮情测控系统得到了快速发展，各项功能逐渐得到完善，极大地降低了劳动强度及减少了工作量，为许多粮库带来了一定的经济效益。但是由于经济及技术原因，目前的粮情测控系统还存在不少缺陷：
（1）抗干扰能力差，工作不稳定。目前我国普遍采用的粮情测控系统都采用有线的通讯方式，易受到工业等其他信号的影响，抗干扰能力差，采集精度低。由于每个测量点都要引出一条线，故布线比较杂乱，同时通讯线易遭受防腐蚀气体硫化氢腐蚀及其他机械设备的损坏，导致系统无法工作。
（2）检测的粮情信息少。现有的大多数粮情测控系统采用单一类型的传感器采集粮情信息，只能测得温度及湿度，无法满足对粮食水分、粮仓内气体浓度、粮食霉变及害虫的检测。
（3）智能化程度低。目前的粮情测控系统功能比较简单，只能满足对数据的采集、存储、显示等功能，未建立温度、湿度及仓内空气浓度等物理因子与粮食储粮品质之间的关系模型；未建立微生物、害虫及有机杂质等生物因子与粮食储粮品质之间的关系模型；不能预测粮情品质的变化情况；不能实现自动报警及精确定位仓内粮食粮情品质变化的位置；不能根据粮情变化情况自动控制保粮设备的自动运行。故目前我国在粮食储藏过程中，粮食管理的信息化水平较低，粮食系统的信息集成分析能力有限，粮情监测设备比较落后，粮食产后损失较为严重。巨大的粮食产后损失和国家粮食安全趋势，迫切需要国家加大粮食仓储的信息化管理和智能化控制，实时监测仓内的粮食数量、温度、湿度和熏蒸气体的浓度，预测粮情变化趋势；即组建面向粮食行业的物联网，提高我国粮食仓储的信息化水平。
本课题紧密结合粮食仓储领域的巨大应用需求和物联网的基本特征，以构建面向仓储粮情监测物联网为目标，分析物联网在粮食仓储方面的应用，研究面向粮食仓储物联网体系结构，搭建一个显示粮情信息的测试平台，以便于粮情信息的共享。本课题的研究成果可实时监测到粮仓内粮情信息，为我国粮食仓储主管部门制定决策提供依据，为推动物联网在粮食仓储领域的应用，构建面向粮食仓储的物联网奠定基础，对于提高我国粮食仓储的信息化和智能化程度具有十分重要的意义。
1.2 国内外粮情测控系统的研究现状
粮情测控系统是指利用传感器、通信设备及计算机等现代电子技术实时检测仓储粮食粮情变化，并对检测数据进行传输、存储及分析预测报警，自动控制通风机、熏蒸机等保粮设备适时运行的系统。其工作原理为：采用不同功能的传感器节点采集各类粮情参数并将采集的信息转换成模拟信号或数字信号、通过相应的通信设备及通信方式传输到监控管理中心，监控中心对数据进行分类、分析和处理，并将处理的结果以相应的方式显示出来，对粮情异常情况进行预测和报警提示，根据预设的控制策略启动通风机、熏蒸机等保粮设备的运行，确保粮食安全储藏。粮情测控系统的主要功能结构。
第二章 仓储粮情监测物联网概述..................9
2.1 关键技术............... 9
2.2 面临挑战.................... 12
2.3 构建思路分析................ 13
第三章 仓储粮情监测物联网体系架构研究................20
3.1 公共物联网体系架构................. 20
3.2 面向仓储粮情监测物联网体系架构研究.............. 23
3.3 仿真与分析................. 33
第四章 面向仓储粮情监测物联网原型系统的设计与实现................38
4.1 系统功能概述................ 38
4.2 系统设计................ 39
4.3 功能模块实现............... 43
总结
随着物联网各项技术的发展和成熟，物联网在各个领域的应用将成为现实。粮食安全储藏关系着国家的稳定；物联网的出现及其在粮食仓储领域的应用将较大地提高了粮食仓储的智能化程度，使我国的粮食仓储水平得到了大幅的提升，为保障国家的粮食安全创造了条件。本文详细地介绍和分析了面向粮情监测的粮食仓储物联网的关键技术、面临挑战及组网方案，着重研究了面向仓储粮情监测物联网系统的体系架构。主要工作可总结如下：
（1）分析了目前我国仓储粮情检测技术的缺陷及国内外粮情监测系统现状，同时对物联网做简要概述，总结出在粮食仓储领域应用物联网技术的重要性和必要性及构建面向仓储粮情监测物联网系统的意义。
（2）研究了组建面向仓储粮情监测物联网须考虑的关键技术，在此基础上总结出现阶段构建粮情监测物联网所面临的挑战，提出了一种构建思路并做详细的分析。
（3）研究了公共物联网体系结构，分析和总结了现有粮情监测系统结构的缺陷，在此基础上分析采集节点能耗和研究协议算法，提出了一种面向仓储粮情监测物联网体系结构，并进行相应的实验仿真及分析这种体系结构的优势。
（4）设计了一套仓储粮情监测物联网系统的原型系统，描述了各个子系统的设计思路并实现了相关功能。
参考文献
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