无线传感器网络在鸭梨气调贮藏技术中的应用
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摘要：为解决鸭梨因水分含量高而贮藏难度大，易发生微生物侵蚀与变质，导致农户贮藏损耗大、收入降低的问题，将无线传感器网络引入鸭梨的贮藏管理过程中，将无线传感器网络的优势应用到鸭梨气调冷藏保鲜的条件控制中，提高了种植农户与企业的收益。
关键词：鸭梨保鲜；气调冷藏；传感器；无线传感器网络
中图分类号：Ｓ１２６；ＴＳ２５５．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０12）16－3611-04
Research on the Application of Wireless Sensor Network in Atmosphere Storage Technology of Yali
ZHU Li-li
（Ｐｈｙｓｉｃｓ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｌａｎｇｆａｎｇ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｌａｎｇｆａｎｇ ０６５０００， Ｈｅｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｙａｌｉ ｐｅａｒ （Ｐｙｒｕｓ ｂｅｒｔｓｃｈｎｅｉｄｅｒｉ） ｉｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗｈｉｃｈ ｃａｕｓｅｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｏｆ ｓｔｏｒａｇｅ ａｓ ｍｉｃｒｏｂｅ－ｉｎｖａｓｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ｍｉｇｈｔ ｅａｓｉｌｙ ｈａｐｐｅｎ， ｔｈｕｓ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｉｎ ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｉｎｃｏｍｅ． Ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ Ｙａｌｉ ｔｏ ｍａｎａｇｅ ｔｈｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｃｏｌｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｅｓｔ ｏｆ ｆａｒｍｅｒ ａｎｄ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｙａｌｉ ｓｔｏｒａｇｅ； ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｃｏｌｄ ｓｔｏｒａｇｅ； ｓｅｎｓｏｒ； ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ
鸭梨是中国古老的地方良种，深受人们喜爱。但是鸭梨的贮藏却一直困扰着种植农户与企业，因受生物体的新陈代谢及微生物影响，鸭梨品质会发生不同程度的变化，甚至发生劣变，这严重影响了鸭梨产品的食用品质与价值［１］，导致中国鸭梨的贮藏质量一直不高。
通过可行的技术手段来长时间保持鸭梨的新鲜状态，提高鸭梨贮藏质量与品质，有着非常重要的现实意义。
１ 鸭梨的贮藏方法与气调保鲜技术
鸭梨贮藏条件极为苛刻，不适当的温度、湿度、ＣＯ２浓度与Ｏ２浓度等都会引起产品的病变与损耗。为了提高鸭梨的贮藏质量，稳定收益，现有市场中出现了多种鸭梨保鲜贮藏方法。①低温冷藏技术。将冷库温度保持在０ ℃，降低果实的氧化与腐败速度，可将鸭梨贮藏期延长至８个月，且能保证好果率达８０％以上［１］，但此方式不利于农户小批量存贮。②纸箱码垛贮藏技术。将挑选后的果实垫板隔开分层装入纸箱，然后入库码垛，可一定程度减少果实损坏率，此方法简单易行但是成效一般，不适合长时间大批量存储。③化学保鲜贮藏技术。在贮藏容器或设备中放置适量的防腐剂抑制微生物的繁殖，相对来说技术要求高，成本也较高，且不利于环境保护。④气调贮藏技术。这是目前国内外较为先进的果蔬保鲜技术，通过调节贮藏环境中的气体成分来达到保鲜的目的。其基本原理是通过调节贮藏环境的气体构成，限制果蔬的呼吸强度，抑制果蔬腐败的生理生化过程及微生物的活动，延缓其衰老和变质，同时鸭梨出库的摆架期也可大大延长。此种方式适用范围广，设备体系完整，可实现自动化作业，有效地降低劳动成本，且无环境污染等问题。
中国将气调贮藏技术应用于鸭梨贮藏的历史不长，手段传统且成本控制不好，考虑到贮藏成本和有效性的要求，将先进的无线传感器网络应用于鸭梨气调贮藏技术中，以取得更优的保鲜效果。
２ 无线传感器网络系统
无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多个领域［２］，能够实时地监测、感知和采集网络覆盖的地理区域内的各种信息，并对这些信息进行分析处理。同时，它具有成本低、功耗少、部署简单、布置密集等一系列优势，而且在实际应用中长期不需要更换电池，不需要现场维护，适宜短距离的无线网络技术，被广泛地应用于工农业生产、国防安全、环境监测、危险区域远程监控等多个领域［３］。
一个典型的无线传感器网络由分布式传感器节点、移动式发送接收器、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ或通信卫星、任务管理节点等部分构成，如图１所示。
其基本原理是通过随机部署处于监控区域中的具备无线通信功能的传感器节点，以自组织的方式构成无线监控网络，收集监控数据，并以逐跳的方式进行数据传输［４］，最后通过无基站的移动通信方式将监控数据输送到用户端。
无线传感器节点是网络的基本单元，通常是一个微型的嵌入式系统，其处理能力、存储能力和通信能力都有限，需通过携带的电池供电。在不同应用中，无线传感器节点的组成不尽相同。但是一般来说，无线传感器节点都由数据采集模块（传感单元、Ａ／Ｄ转换器）、数据处理和控制模块（微处理器、存储器）、通信模块（收发器）和供电模块（如电池）等组成［４］，其基本模块组成如图２所示，用户可以通过管理节点对无线传感器节点进行配置。
数据采集模块是整个节点的核心，主要负责感知、获取监控信息，并将其转换为数据信号；数据处理和控制模块负责数据的存储和处理工作，并控制感知部件和供电模块的工作模式；通信模块负责与其他传感器或观察者的通信，将数据直接或间接地传送到传感器网络的信息接入点；供电模块由电池和Ａ／Ｄ转换器等构成，为整个节点提供电能供应。电能决定了节点的寿命，电能一旦耗尽，节点将退出节点网络，由余下的正常工作节点重新组网。