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基于ZigBee和GPRS的船载货物状态远程监控系统设计
摘要：
本篇论文提出了一种基于ZigBee和GPRS技术的船载货物状态远程监控系统。该系统通过ZigBee网络实现对船载货物的实时监控，将监测数据通过GPRS无线网络传输到远程监测中心，实现了对船载货物状态的远程监控。论文详细介绍了系统的设计思路、硬件、软件实现以及实验结果。实验表明，该系统能够实现船载货物状态的实时监控，并能够在无线环境下稳定传输数据。
关键词：ZigBee，GPRS，船载货物，远程监控
1.引言
船载货物运输一直是海洋运输的核心业务之一，尤其是在国际贸易中有着举足轻重的地位。随着现代船舶的发展，船舶装载能力越来越强，但是在航运过程中货物状态监测方面却存在较大的问题，没有及时监测手段会导致货物损失或者不合格。针对这个问题，设计出一种基于ZigBee和GPRS技术的船载货物状态远程监控系统，可以实现对船载货物实时、远程的监控，有效减少货物损失。
2.系统设计
2.1系统结构
该系统由船载货物监测终端、中继节点、基站和远程监控中心四部分组成。其中，船载货物监测终端通过ZigBee网络实现与中继节点的通信，中继节点通过GPRS网络将数据传输到基站，基站将数据通过GPRS网络传输到远程监控中心。系统结构如图1所示。
图1系统结构图
2.2系统模块
系统由多个模块组成，分别是船载货物监测模块、数据采集模块、GPRS通信模块和远程监控中心模块。
（1）船载货物监测模块
船载货物监测模块安装在货物运输区域，主要用于监测货物的温度、湿度、压力、重量等信息，并通过ZigBee通信协议将采集到的数据发送给数据采集模块。
（2）数据采集模块
数据采集模块主要用于接收船载货物监测模块发送的数据，并进行数据处理和存储。数据采集模块还负责将处理后的数据传输给中继节点。
（3）GPRS通信模块
GPRS通信模块负责将数据从中继节点传输到基站，并对数据进行压缩和加密处理，确保数据传输的安全和稳定。
（4）远程监控中心模块
远程监控中心模块负责接收和解析基站传来的数据，并进行数据存储和分析。同时，远程监控中心模块还可通过云端技术实现对船载货物的全程追踪和管理。
2.3系统原理
（1）ZigBee技术原理
ZigBee是一种低速、低功耗、远距离的无线通信协议。在该系统中，ZigBee技术用于船载货物监测终端与中继节点之间的通信。ZigBee网络由一个协调器和多个节点组成，协调器负责网络管理和控制，节点负责数据采集和传输，并与其他节点通信。ZigBee协议具有安全性高、传输距离远、可靠性好等优点。
（2）GPRS技术原理
GPRS是一种无线通信技术，可实现数据在无线网络中的传输。GPRS技术可通过手机网络传输数据，传输速率较快，安全性高。GPRS技术在该系统中用于中继节点和基站之间的数据传输。
3.系统实现
3.1系统硬件实现
该系统硬件包括船载货物监测终端、中继节点、基站和远程监控中心。其中，船载货物监测终端由温湿度传感器、压力传感器、重量传感器、MCU等组成；中继节点由GPRS模块、ZigBee模块、MCU等组成；基站由GPRS模块、MCU等组成；远程监控中心由云端服务器等组成。
3.2系统软件实现
（1）船载货物监测终端软件实现
对于船载货物监测终端软件实现，我们使用C语言实现了数据采集、数据处理和数据传输等功能。传感器通过MCU采集数据，MCU对数据进行初步处理并封装，采用ZigBee协议与中继节点进行数据传输。
（2）中继节点软件实现
中继节点软件主要实现了数据接收、数据处理、数据存储和数据传输等功能。中继节点采用ZigBee协议接收船载货物监测终端传来的数据，进行初步处理和存储，并将处理后的数据通过GPRS无线网络传输给基站。
（3）基站软件实现
基站软件主要实现了数据接收、数据处理和数据传输等功能。基站接收中继节点传来的数据，对数据进行压缩和加密处理，并通过GPRS无线网络传输给远程监控中心。
（4）远程监控中心软件实现
远程监控中心软件主要实现了数据接收、解析、存储和分析等功能。远程监控中心接收基站传来的数据，对数据进行解析和存储，并可通过云端技术实现对船载货物的全程追踪和管理。
4.实验结果
本系统在实验室中进行了测试，在船舶运输过程中模拟了不同温度、湿度、压力和重量条件下的货物状态监测。实验结果表明，本系统能够实现船载货物状态的实时监控，并能够在无线环境下稳定传输数据。
5.结论
通过本篇论文的研究，我们成功地设计出了一种基于ZigBee和GPRS技术的船载货物状态远程监控系统。该系统具有实时、远程、安全、稳定等优点，能够有效地监测船载货物的状态，防止货物损失和不合格。
参考文献：
[1]刘宏伟.ZigBee技术在船载货物监测中的应用[J].传感技术学报,2015,28