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隨著社會經(jīng)濟及物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展, 大型多元化復合型倉儲越來越多, 很多倉庫需要存儲大量的對周圍環(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貨物造成損害。而傳統(tǒng)的倉儲環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)存在著環(huán)境監(jiān)測難、靈活性差以及維護成本高等問題, 這就亟需一種現(xiàn)代化的智能倉儲監(jiān)測系統(tǒng)來完成對倉儲環(huán)境的全面監(jiān)測和管理。近年來, 我們國家也相繼開展了智能倉儲管理系統(tǒng)的研究和設計, 并取得了一定的成就。目前, 基于Zig Bee網(wǎng)絡的智能倉儲管理系統(tǒng)是時下研究的熱點。

Zig Bee技術是一種近距離、低功耗、低復雜度、低成本的雙向無線通信網(wǎng)絡技術, 也是一種基于IEEE802.15.4無線標準研制開發(fā)的組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的通信技術。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)和低反映時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸。Zig Bee網(wǎng)絡支持大量節(jié)點和多種拓撲結構, 主要有協(xié)調器、路由器和傳感器節(jié)點三種角色構成。

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監(jiān)控管理端三部分組成, 系統(tǒng)的整體結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設計結構圖Fig.1 The overall design structure of system   下載原圖

數(shù)據(jù)采集終端主要負責倉儲環(huán)境數(shù)據(jù)的采集, 數(shù)據(jù)處理中心主要是對采集來的數(shù)據(jù)進行分析和處理, 并通過Zig Bee無線網(wǎng)絡與采集終端進行相互通信, 上位機監(jiān)控管理端可以對系統(tǒng)進行統(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的LPC1114芯片, 該芯片成本低, 功耗小, 有豐富的外設接口。溫濕度傳感采用DHT11數(shù)字傳感器, 它的測量精度較高, 適用范圍也較廣。光敏傳感器采用ISL29003傳感器, 它可以識別可見光和紅外光。當傳感器采集到數(shù)據(jù)后, 通過Zig Bee網(wǎng)絡把數(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的S5pv210開發(fā)板來進行設計的, 通過設計數(shù)模轉換電路及串并口電路來實現(xiàn)與外設相連接, 保證了與Zig Bee網(wǎng)絡的正常通信。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)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊后, 數(shù)據(jù)處理中心對發(fā)送來的數(shù)據(jù)進行分析處理并反饋給數(shù)據(jù)采集中心。當采集到的數(shù)據(jù)超出設置的閾值時, 終端節(jié)點接收到反饋回來的命令后, 會對相應的設備進行智能控制。同時, 數(shù)據(jù)處理中心還會通過GPRS發(fā)送信息到手機上進行報警。倉儲管理人員可以通過PC機來監(jiān)控整個倉儲的狀態(tài), 實現(xiàn)對倉儲環(huán)境的智能監(jiān)控和管理。

系統(tǒng)通信模塊采用TI公司生產的基于Zig Bee的CC2530芯片, 該芯片支持IEEE802.15.4標準, 同時集成了一個高性能的RF收發(fā)器和一個8051微處理器。系統(tǒng)利用Zig Bee無線網(wǎng)絡來實現(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)狀結構的Zig Bee組網(wǎng)方式, 由一個協(xié)調器和三個路由節(jié)點組成, 而且把路由節(jié)點即作為傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點, 又作為數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點, 可以增強系統(tǒng)的網(wǎng)絡覆蓋范圍。系統(tǒng)組網(wǎng)結構圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)組網(wǎng)結構圖Fig.4 Diagram of system network structure   下載原圖

當協(xié)調器建立好Zig Bee網(wǎng)絡后, 無線傳感器節(jié)點首先進行自檢加入網(wǎng)絡, 然后將采集到的數(shù)據(jù)傳送到前端協(xié)調器節(jié)點。協(xié)調器也可以發(fā)送命令到各個無線傳感器節(jié)點來完成相關任務。無線傳感器終端節(jié)點工作流程圖如圖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)進行分類存儲, 然后建立共享內存和鏈表, 在一定時間內通過串口轉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, 若建立共享內存及鏈表超時, 數(shù)據(jù)處理中心會判斷出超時的設備數(shù)據(jù)并且將其刪除, 然后重新設定計數(shù)器。

數(shù)據(jù)庫線程會對不同的環(huán)境信息進行分類存入相對應的位置, 方便人們對數(shù)據(jù)的查詢與管理。同時, 數(shù)據(jù)庫線程也會對數(shù)據(jù)進行處理, 如果是環(huán)境參數(shù)則對環(huán)境參數(shù)進行判斷處理, 當數(shù)據(jù)超出設置閾值時, 數(shù)據(jù)處理中心會通過GPRS發(fā)送短信報警, 同時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)測平臺共分為數(shù)據(jù)庫設計和用戶管理軟件設計兩大部分。數(shù)據(jù)庫是采用微軟公司的Access2003來設計的。上位機監(jiān)控軟件采用的是VC++6.0開發(fā)環(huán)境, 它提供了功能強大的MFC類庫, 能夠方便的進行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)修改、報警及串口參數(shù)設置等功能。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)可以采集到倉儲當前的溫濕度及光照強度數(shù)據(jù), 而且當這些數(shù)據(jù)超出設定的閾值后, 監(jiān)控界面會發(fā)出警告, 管理人員收到報警短信, 同時相應的終端設備也會做出智能控制。系統(tǒng)測試時監(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

通過實驗證明, 本系統(tǒng)實現(xiàn)了對倉儲的溫度、濕度以及光照強度等環(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)倉儲環(huán)境監(jiān)測難、靈活性差以及維護成本高等問題。系統(tǒng)結合了GPRS、互聯(lián)網(wǎng)等資源, 搭建自動控制功能, 極大地保障貨物的安全, 減少倉儲的成本, 提高企業(yè)競爭力, 實現(xiàn)倉儲系統(tǒng)的智能化。