周峰

摘 要 溫濕度監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是倉庫環(huán)境監(jiān)控設(shè)備之一。鑒于對高精密器材的儲存環(huán)境要求和倉庫地理條件約束，基于zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、現(xiàn)代測試技術(shù)、計算機控制技術(shù)設(shè)計了倉庫溫濕度無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，對倉庫的溫濕度控制提出了解決方法。

【關(guān)鍵詞】zigbee 無線網(wǎng)絡(luò) 溫濕度 監(jiān)控

倉庫溫濕度無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（以下簡稱監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)）是針對倉儲技術(shù)現(xiàn)狀和其對環(huán)境溫濕度要求而研制的。主要用于庫房的溫濕度自動檢測和控制。

1 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要由現(xiàn)場溫濕度檢測與控制系統(tǒng)、zigbee無線網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心三部分組成。

1.1 現(xiàn)場溫濕度檢測與控制系統(tǒng)

現(xiàn)場溫濕度檢測與控制系統(tǒng)是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的底層子系統(tǒng)，主要由溫濕度采集節(jié)點、溫濕度控制節(jié)點、底層路由、底層協(xié)調(diào)器和庫房監(jiān)控終端組成，可在底層形成一個對單個庫房實現(xiàn)溫濕度自動監(jiān)控的獨立系統(tǒng)，也可在聯(lián)網(wǎng)條件下作為整個系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。

（1）溫濕度采集節(jié)點主要由傳感器、信號調(diào)理電路、獨立電源、電源喚醒模塊及開關(guān)電路、Zigbee無線發(fā)送模塊組成。為使整個庫房測試數(shù)據(jù)的傳輸通過無線方式完成，溫濕度采集節(jié)點采用蓄電池獨立供電，而設(shè)計的無線喚醒開關(guān)機制，可使節(jié)點處于斷電休眠狀態(tài)，以保證獨立電源不需要頻繁更換或充電；信號調(diào)理電路主要完成信號的濾波，節(jié)點可通過配置對應(yīng)的傳感器以適應(yīng)檢測環(huán)境和對象的不同，當(dāng)配置內(nèi)置式溫濕度傳感器時，節(jié)點可用于分布檢測庫房環(huán)境溫濕度。

（2）溫濕度控制節(jié)點的主要功能是根據(jù)接收到的網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行指令，分別控制庫房風(fēng)機、除濕機，同時將庫房風(fēng)機、除濕機的運行狀態(tài)通過發(fā)送給庫房和監(jiān)控中心終端顯示。

（3）底層協(xié)調(diào)器主要功能是接收底層路由的測試數(shù)據(jù)；同時，底層協(xié)調(diào)器又是底層網(wǎng)絡(luò)與上層網(wǎng)絡(luò)的連接器，它將底層測試數(shù)據(jù)打包上傳給上層網(wǎng)絡(luò)和庫房溫濕度監(jiān)控終端，并對底層所有節(jié)點發(fā)送由監(jiān)控中心和庫房溫濕度監(jiān)控終端發(fā)出的執(zhí)行指令和底層節(jié)點的喚醒指令。

（4）庫房溫濕度監(jiān)控終端主要功能有：以組態(tài)形式顯示本庫房及室外各采集節(jié)點的溫濕度值，存儲本庫房歷史數(shù)據(jù)和記錄，提供本庫房溫濕度控制節(jié)點的“自動/手動”運行模式和數(shù)據(jù)定時采集的選擇和設(shè)定。

庫房溫濕度監(jiān)控終端采用觸摸屏顯示模式，即使不與上層網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，庫房溫濕度監(jiān)控終端結(jié)合底層協(xié)調(diào)器和底層節(jié)點也可自行組成一個本庫房的溫濕度監(jiān)控子系統(tǒng)，可根據(jù)本庫房的溫濕度情況報警，以“自動/手動”兩種模式實現(xiàn)庫房內(nèi)除濕機、風(fēng)扇的控制，達(dá)到庫房溫濕度的無人值守管理；而但管理員下班休息時，庫房溫濕度監(jiān)控終端會自動將監(jiān)控權(quán)限上交給監(jiān)控中心。

1.2 zigbee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)

無線傳輸網(wǎng)絡(luò)主要用于庫房溫濕度測試數(shù)據(jù)向監(jiān)控中心的發(fā)送，并將監(jiān)控中心的指令向底層傳輸。本系統(tǒng)選擇樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Zigbee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，它由一定數(shù)量的Zigbee路由器、上層終端和上層協(xié)調(diào)器構(gòu)成。

（1）倉儲系統(tǒng)具有占地面積大，庫房分散的特點，本系統(tǒng)采用無線方式因為無線通信有著以下的優(yōu)點：施工工作量小、成本低；移動方便，便于更新?lián)Q代。在多種不同的無線通信協(xié)議中，本系統(tǒng)選擇Zigbee的依據(jù)是：Zigbee具有低功耗、容量大和布置靈活的優(yōu)點。更重要的是，Zigbee節(jié)點可以實現(xiàn)硬件加密，確保系統(tǒng)的保密性能。

（2）Zigbee組網(wǎng)支持三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：星形、樹形和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)倉儲地形和庫房分布及網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍特點，本系統(tǒng)選擇樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并按照其布置路由。

（3）Zigbee路由器的功能是轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)并實現(xiàn)動態(tài)自組網(wǎng)。在確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，路由器設(shè)計為市電和太陽能雙供電模式，這種設(shè)計利于利用現(xiàn)有電源，而且使路由的布置更加靈活，以適應(yīng)庫房分布環(huán)境的復(fù)雜性。Zigbee允許最大網(wǎng)絡(luò)深度為14級路由，在空曠條件下覆蓋范圍直經(jīng)達(dá)20km，現(xiàn)場試驗表明：對于大型倉庫，從監(jiān)控中心到達(dá)最遠(yuǎn)庫房所需的路由數(shù)少于7個，不超過最大網(wǎng)絡(luò)深度的一半。

（4）上層終端的功能是實現(xiàn)與底層協(xié)調(diào)器的實時通訊，完成底層數(shù)據(jù)向路由的發(fā)送并接受路由下發(fā)的監(jiān)控中心指令轉(zhuǎn)發(fā)給底層協(xié)調(diào)器的任務(wù)；上層終端與底層協(xié)調(diào)器采用RS422協(xié)議，與路由的通訊采用Zigbee無線協(xié)議。

（5）上層協(xié)調(diào)器放置在監(jiān)控中心。其功能是通過無線實現(xiàn)與路由的通訊并通過有線方式實現(xiàn)與監(jiān)控中心計算機的連接，可將監(jiān)控中心的指令通過無線發(fā)送給上層路由并將路由數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控計算機顯示。

1.3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心主要包括監(jiān)控計算機和投影系統(tǒng)，其技術(shù)核心為值班數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件和組態(tài)。

1.3.1 軟件設(shè)計環(huán)境

監(jiān)控軟件的設(shè)計環(huán)境為Visual Studio 2010，是微軟公司推出的開發(fā)環(huán)境，它向用戶提供控制臺和圖形化人機界面等開發(fā)方式。

1.3.2 監(jiān)控軟件組件設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)曲線圖：庫房數(shù)據(jù)曲線圖包含了平均溫度及平均濕度曲線；節(jié)點數(shù)據(jù)曲線圖包含了節(jié)點溫度、環(huán)境濕度以及節(jié)點包裝袋內(nèi)濕度曲線?？蓪⒚總€監(jiān)控節(jié)點數(shù)據(jù)按照某一個數(shù)據(jù)指標(biāo)進行曲線圖繪制，折線圖顯示的是最近數(shù)據(jù)，把鼠標(biāo)移到點上，會顯示時間和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)曲線圖在顯示數(shù)據(jù)時也分為動態(tài)調(diào)用和靜態(tài)調(diào)用，動態(tài)調(diào)用用來顯示實時數(shù)據(jù)，靜態(tài)調(diào)用用來顯示節(jié)點歷史數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)表格：以列表的形式顯示監(jiān)測節(jié)點電量情況、在線情況和報警信息等，單擊“查看”可以看到某節(jié)點的具體情況，當(dāng)采集到的溫濕度數(shù)據(jù)超出報警閥值范圍時，表格中“溫濕度報警”一欄會被標(biāo)記為特殊顏色背景。

2 結(jié)語

本系統(tǒng)主要是針對倉儲的特點和需求，并結(jié)合倉儲溫濕度檢測系統(tǒng)的不足，結(jié)合未來需求，以實現(xiàn)溫濕度監(jiān)控?zé)o人值守和管理為目標(biāo)來研制的。本系統(tǒng)設(shè)計了集整個庫區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)為一體的溫濕度監(jiān)控中心軟件和硬件，可以和各倉庫的其它監(jiān)控系統(tǒng)有機結(jié)合，通過監(jiān)控中心即可以實現(xiàn)整個庫區(qū)及各庫房溫濕度的有效監(jiān)控。可完成各種庫存環(huán)境下的器材封存溫濕度自動監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院 湖南省長沙市 410073