張澤建，王曉東，晏　芳

（湖北物資流通技術(shù)研究所，湖北　襄陽　441002）

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基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲環(huán)境感知系統(tǒng)設(shè)計

張澤建，王曉東，晏芳

（湖北物資流通技術(shù)研究所，湖北襄陽441002）

分析了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲環(huán)境感知系統(tǒng)的功能及其主要構(gòu)成中智能節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、軟件平臺的設(shè)計重點(diǎn)，針對該系統(tǒng)設(shè)計中關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)闡述了終端節(jié)點(diǎn)、終端協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)以及傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在倉儲管理中的應(yīng)用提供參考與借鑒。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；倉儲環(huán)境；感知系統(tǒng)

1　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲環(huán)境感知系統(tǒng)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲環(huán)境感知系統(tǒng)通過研究ZigBee、協(xié)議、傳感節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)等開發(fā)出一套由多個傳感器終端節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，立體全面地感知倉儲環(huán)境。系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)是利用壓力、煙霧、溫濕度等傳感器采集倉庫環(huán)境信息，利用無線傳感節(jié)點(diǎn)構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)將傳感器采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至計算機(jī)；然后上位機(jī)應(yīng)用軟件通過串口、WIFI信號將接收到的傳感器數(shù)據(jù)儲存至數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析，發(fā)出警報或指導(dǎo)下一步操作。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲環(huán)境感知系統(tǒng)可以對倉庫的環(huán)境如溫度、濕度、光照、PM2.5、CO2濃度、震動等參數(shù)進(jìn)行多區(qū)域、多層次、多參數(shù)感知和處理，其結(jié)果由授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)用戶以瀏覽器的形式進(jìn)行操作與查詢。模擬倉庫布置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

系統(tǒng)功能主要包括兩大部分：數(shù)據(jù)采集和傳輸；數(shù)據(jù)接收和處理；數(shù)據(jù)采集和傳輸主要是終端傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。終端傳感器節(jié)點(diǎn)是由“處理器+傳感器”構(gòu)成，實(shí)時監(jiān)測溫濕度、CO2濃度、光照度等環(huán)境參數(shù)；網(wǎng)關(guān)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和外部進(jìn)行交換的樞紐，關(guān)系到監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各種數(shù)據(jù)能否正確有效地傳輸?shù)奖镜赜嬎銠C(jī)或服務(wù)器。完成倉庫溫濕度、防火、防盜相關(guān)信息的采集、處理和發(fā)送。數(shù)據(jù)接收、處理部分主要是通過數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)軟件平臺將傳感器采集的數(shù)據(jù)接收存儲至本地計算機(jī)，并顯示在系統(tǒng)軟件平臺上，完成倉庫環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測、分析。

1.1智能節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

部署帶有傳感器的智能節(jié)點(diǎn)，依據(jù)倉庫溫濕度、防火、防盜監(jiān)測的基本功能來選用傳感器，包括煙霧、熱釋紅外、振動、光照、CO2、溫濕度、壓力等類型傳感器。防盜型傳感器節(jié)點(diǎn)主要布置在倉庫門窗附近；防火型傳感器節(jié)點(diǎn)視具體情況而定。其中，各節(jié)點(diǎn)均內(nèi)置鋰電池供電，也可通過外置12V電源供電并給內(nèi)置鋰電池充電。

傳輸網(wǎng)絡(luò)用來采集倉庫的環(huán)境信息如溫濕度、人員的進(jìn)出等，及時處理數(shù)據(jù)并根據(jù)自身路由協(xié)議，將環(huán)境信息匯聚到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將接收到的數(shù)據(jù)信息處理后傳輸?shù)奖镜赜嬎銠C(jī)或通過網(wǎng)絡(luò)供他人訪問，網(wǎng)關(guān)也可以接收上位機(jī)的命令，控制傳感器節(jié)點(diǎn)，如圖2所示。

以傳感節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)搭建，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集、節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)的通信以及網(wǎng)關(guān)的聯(lián)機(jī)功能。各節(jié)點(diǎn)工作信號頻率為2.4GHz，采用ZigBee通信協(xié)議，其中，ZigBee應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.15.4，網(wǎng)關(guān)和本地計算機(jī)采用RS232全雙工、無流控的通信方式。

圖1　倉庫布置結(jié)構(gòu)圖

1.3軟件平臺設(shè)計

應(yīng)用軟件的主要功能是向傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)信息，同時建立與管理環(huán)境感知數(shù)據(jù)庫和傳感器終端節(jié)點(diǎn)配置數(shù)據(jù)庫。操作界面中“串口連接”、“無線連接”為交互頁面；“倉庫視圖”、“查詢”、“菜單”導(dǎo)航欄可以打開系統(tǒng)的配置和查詢頁面，可以查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

串口連接：選擇串口號和波特率，建立連接就可以連接終端節(jié)點(diǎn)，實(shí)時顯示終端節(jié)點(diǎn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)。

無線連接：輸入IP地址和端口號，建立連接就可以連接終端節(jié)點(diǎn)，實(shí)時顯示終端節(jié)點(diǎn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)。

查詢-歷史數(shù)據(jù)：選取時間段或時間點(diǎn)和要查詢的節(jié)點(diǎn)DSA，即可以查詢該節(jié)點(diǎn)的光照、二氧化碳、溫度、濕度、煙霧報警等信息。

我們沒有祖國可以回歸。我們被一些不確定的闡釋，被一群過度敏感者過度闡釋的世界所包圍。在這種情況下，徐浡君在他的作品中摻入了一種能讓他墮入其中，卻不會被耗盡的敏感，或者說感覺，為了棲居扎根，為了與文化更靠近，或者喬裝成文化，這種感覺也是一種理解力，超越了事物的融和與差別，單純和忍讓。

查詢-歷史曲線：選取時間段或時間點(diǎn)和要查詢的節(jié)點(diǎn)DSA以及要查詢的類型，即可以繪制該節(jié)點(diǎn)的光照、二氧化碳、溫度、濕度、煙霧報警等曲線信息。

倉庫平面圖：顯示倉庫的平面信息，顯示各個節(jié)點(diǎn)在倉庫中的位置，當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時也容易發(fā)現(xiàn)和處理。

圖2　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

2　系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.1終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計

終端傳感器節(jié)點(diǎn)由CC2430處理器模塊、（各種）傳感器、存儲器模塊和電源模塊組成。終端傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

（1）CC2430核心處理器模塊。核心處理器模塊采用高性能的CC2430及低功耗的8051的控制器進(jìn)行集成。核心處理器模塊擁有不同的內(nèi)存空間：處理器的代碼區(qū)、處理器的數(shù)據(jù)區(qū)和處理器的寄存器區(qū)，不同的內(nèi)存空間可以將采集的數(shù)據(jù)和代碼進(jìn)行分離，從而提高對內(nèi)存的讀寫速度。

圖3　終端傳感器節(jié)點(diǎn)框圖

（2）傳感器。溫濕度、光照、CO2、壓力等各種傳感器節(jié)點(diǎn)都可以通過總線與CC2430相連接，多種傳感器節(jié)點(diǎn)可以一起連接在一個CC2430處理器上，監(jiān)測多種數(shù)據(jù)。

（3）存儲器模塊。存儲器模塊核心芯片是AT45DB041，通過SPI輸入端直接接入CC2430。存儲器模塊包含2 046頁×264 B Flash存儲單元，可以存儲CC2430接入的各種傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)。

（4）電源模塊。電源模塊采用固定電源和電池供電兩種，對于環(huán)境簡單、位置相對固定的倉庫采用固定電源供電；環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測點(diǎn)需要移動的采用電池供電。固定電源供電選用AH805升壓穩(wěn)壓器，將3V電壓升高至5V；電源部分提供3V和5V兩種電壓，3V電壓為CC2430供電，5V電壓為外圍電路供電。CC2430的ADC模塊采樣P0端口引腳上的輸入電壓或AVDD_SoC引腳上的1/3電壓，監(jiān)測電源電壓是否在CC2430工作電壓2.0～3.6V范圍內(nèi)，如果超出則發(fā)出報警信號。

2.2終端協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計

終端協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與終端傳感節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)類似，同樣也包含有處理器模塊、存儲器模塊和電源模塊，節(jié)點(diǎn)同時提供串行接口和以太網(wǎng)接口，其硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計如圖4所示。

圖4　終端協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)框圖

（1）處理器模塊和存儲器模塊。處理器模塊和存儲器模塊與傳感終端節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)相同。

（2）以太網(wǎng)口。節(jié)點(diǎn)使用DM9161作為以太網(wǎng)物理層接口，具有低功耗、高性能特點(diǎn)，支持10MB/s、100MB/s的以太網(wǎng)傳輸，通過接口可以進(jìn)行編碼、譯碼、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出，將終端協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)連接至上位機(jī)或?qū)⒔K端協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)連接至無線網(wǎng)絡(luò)，即可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程連接。

（3）232串行接口。串行接口模塊采用通用的串口，即MAX3232及COM口共同組成。將CC2430的串口端與MAX3232相連接，進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換；通過COM口與計算機(jī)進(jìn)行通信，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

（4）電源模塊。由于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)能量消耗較大，未保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和準(zhǔn)確性，由室內(nèi)電轉(zhuǎn)換后提供電源。

2.3傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫褂镁W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)均為全功能設(shè)備。計算機(jī)通過協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)向傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)布感知指令，傳感器終端節(jié)點(diǎn)將感知數(shù)據(jù)通過動態(tài)路由快速傳至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)至計算機(jī)進(jìn)行管理。

（1）ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)選用ZigBee網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有節(jié)點(diǎn)均采用FFD設(shè)備，其中一個作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其余為具有路由器功能的傳感器終端。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的每一個節(jié)點(diǎn)即可以作為終端傳感器節(jié)點(diǎn)又可以作為路由器，保證路徑的優(yōu)化和可靠性。

（2）ZigBee協(xié)議的編程。ZigBee協(xié)議棧的各個層都需要有自己的FSM（有限狀態(tài)機(jī)）來追蹤后期的操作，而最頂層的狀態(tài)需最初調(diào)用apsFSM（）函數(shù)，進(jìn)行初始化使協(xié)議棧運(yùn)行。

節(jié)點(diǎn)如果作為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將該節(jié)點(diǎn)定義為COORDINATOR；若作為路由器節(jié)點(diǎn)則需該節(jié)點(diǎn)定義為ROUTER；如果該節(jié)點(diǎn)作RFD節(jié)點(diǎn)，則不需要定義。無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與終端傳感器節(jié)點(diǎn)形成網(wǎng)絡(luò)，則需要不斷循環(huán)和調(diào)用apsFSM（）來運(yùn)行協(xié)議棧。通過調(diào)用aplFormNetwork（）服務(wù)和函數(shù)aplGetStatus（）的返回值來判斷服務(wù)是否調(diào)用成功。

應(yīng)用程序通過調(diào)用aplSendMSG（）函數(shù)發(fā)送信息包，調(diào)用aplGetRxDstEp（）//返回目的端點(diǎn)、aplGetRxRSSI（）//返回收到消息的信號強(qiáng)度、aplGetRxMsgLen（）//返回消息長度、aplGetRxSADDR（）//返回源端點(diǎn)的3總結(jié)

短地址等函數(shù)來接收數(shù)據(jù)。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲環(huán)境感知系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)倉儲環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的諸多缺點(diǎn)和弊端，其通用性、安裝和使用的方便程度都大大優(yōu)于其他測控系統(tǒng)，可廣泛用于各個行業(yè)的儲備型倉庫，如水果倉庫、藥品倉庫、?；穫}庫等。同時若將系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)與云端相連，可將系統(tǒng)推廣應(yīng)用到貨物的運(yùn)輸過程中，對運(yùn)輸車輛進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、報警，保證貨物的安全性和運(yùn)輸質(zhì)量。本系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，可以提升倉儲業(yè)的現(xiàn)代化管理水平，降低倉儲成本，提高物流服務(wù)質(zhì)量，從而推動物流業(yè)進(jìn)入“智能時代”，實(shí)現(xiàn)智能互動。系統(tǒng)采用無線技術(shù)，還可以節(jié)約大量電線電纜，減少環(huán)境污染。

［1］董永勝.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2010，（9）.

［2］胡慶新，程陣.基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的設(shè)計［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2009，（11）.

［3］李珊珊.基于ZigBee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［D］.長沙：湖南大學(xué)，2013.

［4］張秋.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在倉儲環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用的研究［D］.江蘇：江南大學(xué)，2013.

［5］艾海峰.ZigBee的倉儲環(huán)境監(jiān)測無線節(jié)點(diǎn)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［D］.成都：電子科技大學(xué)，2013.

［6］李修華，秦昕，何成就，等.基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2015，（9）.

Design of Warehouse Environment Sensing System Based on IOT Technologies

Zhang Zejian，Wang Xiaodong，Yan Fang
（Hubei Research Institute of Logistics Technology， Xiangyang 441002， China）

In view of the problems with the traditional warehouse environment monitoring system， we proposed to integrate the IOTtechnologies， ZigBee technology and RFID technology， etc.， into the warehouse environment sensing system so as to improve the warehouseenvironment and the level of warehouse management and promote the development of the logistics industry.

IOT technology； warehouse environment； sensing system

F259.2；F724.6

A

1005-152X（2016）08-0119-03

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.08.030

2016-07-15

城鄉(xiāng)一體化商業(yè)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范（2014BAL07B01）

張澤建（1982-），男，湖北襄陽人，湖北物資流通技術(shù)研究所工程師，研究方向：物流技術(shù)；王曉東（1966-），男，河南方城人，高級工程師，研究方向：自動控制；晏芳（1981-），女，湖北襄陽人，湖北物資流通技術(shù)研究所工程師，研究方向：物流技術(shù)。