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隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展, 大型多元化復(fù)合型倉儲(chǔ)越來越多, 很多倉庫需要存儲(chǔ)大量的對(duì)周圍環(huán)境要求較高的貨物, 溫度、濕度、光照度等環(huán)境參數(shù)的微小變化都可能對(duì)貨物造成損害。而傳統(tǒng)的倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在著環(huán)境監(jiān)測(cè)難、靈活性差以及維護(hù)成本高等問題, 這就亟需一種現(xiàn)代化的智能倉儲(chǔ)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來完成對(duì)倉儲(chǔ)環(huán)境的全面監(jiān)測(cè)和管理。近年來, 我們國家也相繼開展了智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì), 并取得了一定的成就。目前, 基于Zig Bee網(wǎng)絡(luò)的智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)是時(shí)下研究的熱點(diǎn)。

Zig Bee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低復(fù)雜度、低成本的雙向無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 也是一種基于IEEE802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的通信技術(shù)。Zig Bee通信主要用于短距離且傳輸速率不高以及典型的具有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反映時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Zig Bee網(wǎng)絡(luò)支持大量節(jié)點(diǎn)和多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 主要有協(xié)調(diào)器、路由器和傳感器節(jié)點(diǎn)三種角色構(gòu)成。

本系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)處理中心以及上位機(jī)監(jiān)控管理端三部分組成, 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The overall design structure of system   下載原圖

數(shù)據(jù)采集終端主要負(fù)責(zé)倉儲(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集, 數(shù)據(jù)處理中心主要是對(duì)采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理, 并通過Zig Bee無線網(wǎng)絡(luò)與采集終端進(jìn)行相互通信, 上位機(jī)監(jiān)控管理端可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理和配置。

數(shù)據(jù)采集終端核心芯片采用恩智浦公司生產(chǎn)的LPC1114芯片, 該芯片成本低, 功耗小, 有豐富的外設(shè)接口。溫濕度傳感采用DHT11數(shù)字傳感器, 它的測(cè)量精度較高, 適用范圍也較廣。光敏傳感器采用ISL29003傳感器, 它可以識(shí)別可見光和紅外光。當(dāng)傳感器采集到數(shù)據(jù)后, 通過Zig Bee網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)采集終端硬件框圖如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集終端硬件框圖Fig.2 Hardware diagram of data acquisition terminal   下載原圖

數(shù)據(jù)處理中心是以三星公司生產(chǎn)的S5pv210開發(fā)板來進(jìn)行設(shè)計(jì)的, 通過設(shè)計(jì)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及串并口電路來實(shí)現(xiàn)與外設(shè)相連接, 保證了與Zig Bee網(wǎng)絡(luò)的正常通信。WIFI模塊采用Marvell8686芯片, GPRS模塊采用SIMCOM公司的ATK-SIM900A芯片。數(shù)據(jù)處理中心硬件框圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理中心硬件框圖Fig.3 Hardware diagram of data processing center   下載原圖

數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過Zig Bee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊后, 數(shù)據(jù)處理中心對(duì)發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并反饋給數(shù)據(jù)采集中心。當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超出設(shè)置的閾值時(shí), 終端節(jié)點(diǎn)接收到反饋回來的命令后, 會(huì)對(duì)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行智能控制。同時(shí), 數(shù)據(jù)處理中心還會(huì)通過GPRS發(fā)送信息到手機(jī)上進(jìn)行報(bào)警。倉儲(chǔ)管理人員可以通過PC機(jī)來監(jiān)控整個(gè)倉儲(chǔ)的狀態(tài), 實(shí)現(xiàn)對(duì)倉儲(chǔ)環(huán)境的智能監(jiān)控和管理。

系統(tǒng)通信模塊采用TI公司生產(chǎn)的基于Zig Bee的CC2530芯片, 該芯片支持IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn), 同時(shí)集成了一個(gè)高性能的RF收發(fā)器和一個(gè)8051微處理器。系統(tǒng)利用Zig Bee無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集終端與數(shù)據(jù)處理中心之間的相互通信。

系統(tǒng)采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Zig Bee組網(wǎng)方式, 由一個(gè)協(xié)調(diào)器和三個(gè)路由節(jié)點(diǎn)組成, 而且把路由節(jié)點(diǎn)即作為傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn), 又作為數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn), 可以增強(qiáng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Diagram of system network structure   下載原圖

當(dāng)協(xié)調(diào)器建立好Zig Bee網(wǎng)絡(luò)后, 無線傳感器節(jié)點(diǎn)首先進(jìn)行自檢加入網(wǎng)絡(luò), 然后將采集到的數(shù)據(jù)傳送到前端協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器也可以發(fā)送命令到各個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)來完成相關(guān)任務(wù)。無線傳感器終端節(jié)點(diǎn)工作流程圖如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)采集流程圖Fig.5 Flow chart of data acquisition   下載原圖

數(shù)據(jù)處理中心接收到數(shù)據(jù)后, 先將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ), 然后建立共享內(nèi)存和鏈表, 在一定時(shí)間內(nèi)通過串口轉(zhuǎn)換來由線程接受各種環(huán)境參數(shù)信息, 以此喚醒數(shù)據(jù)庫線程并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。在此過程中, 若建立共享內(nèi)存及鏈表超時(shí), 數(shù)據(jù)處理中心會(huì)判斷出超時(shí)的設(shè)備數(shù)據(jù)并且將其刪除, 然后重新設(shè)定計(jì)數(shù)器。

數(shù)據(jù)庫線程會(huì)對(duì)不同的環(huán)境信息進(jìn)行分類存入相對(duì)應(yīng)的位置, 方便人們對(duì)數(shù)據(jù)的查詢與管理。同時(shí), 數(shù)據(jù)庫線程也會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 如果是環(huán)境參數(shù)則對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行判斷處理, 當(dāng)數(shù)據(jù)超出設(shè)置閾值時(shí), 數(shù)據(jù)處理中心會(huì)通過GPRS發(fā)送短信報(bào)警, 同時(shí)反饋命令給采集終端。數(shù)據(jù)處理流程圖如圖6所示。

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)共分為數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和用戶管理軟件設(shè)計(jì)兩大部分。數(shù)據(jù)庫是采用微軟公司的Access2003來設(shè)計(jì)的。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用的是VC++6.0開發(fā)環(huán)境, 它提供了功能強(qiáng)大的MFC類庫, 能夠方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)修改、報(bào)警及串口參數(shù)設(shè)置等功能。系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖7所示。

圖6 數(shù)據(jù)處理流程圖Fig.6 Flow chart of data processing   下載原圖

將數(shù)據(jù)采集終端放在倉庫的不同位置, 通過監(jiān)控界面可以看出, 系統(tǒng)可以采集到倉儲(chǔ)當(dāng)前的溫濕度及光照強(qiáng)度數(shù)據(jù), 而且當(dāng)這些數(shù)據(jù)超出設(shè)定的閾值后, 監(jiān)控界面會(huì)發(fā)出警告, 管理人員收到報(bào)警短信, 同時(shí)相應(yīng)的終端設(shè)備也會(huì)做出智能控制。系統(tǒng)測(cè)試時(shí)監(jiān)控界面如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)監(jiān)控界面Fig.7 Interface of system monitoring   下載原圖

通過實(shí)驗(yàn)證明, 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)倉儲(chǔ)的溫度、濕度以及光照強(qiáng)度等環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控, 而且能滿足一定的精度要求, 解決了傳統(tǒng)倉儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)難、靈活性差以及維護(hù)成本高等問題。系統(tǒng)結(jié)合了GPRS、互聯(lián)網(wǎng)等資源, 搭建自動(dòng)控制功能, 極大地保障貨物的安全, 減少倉儲(chǔ)的成本, 提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力, 實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)系統(tǒng)的智能化。