李際康 于會山

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)達(dá)到至關(guān)重要的位置，應(yīng)用技術(shù)更是廣泛使用。使得智能倉儲監(jiān)測系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)變思路，采用了更多的智能控制方法，旨在達(dá)到節(jié)能高效的目的。相比于傳統(tǒng)的采用人工檢測溫濕度、光照強(qiáng)度等環(huán)境信息，采用基于物聯(lián)網(wǎng)的倉儲智能安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測環(huán)境狀況，省時省力、效率高、節(jié)省人工成本。文章分析國內(nèi)外智能倉儲環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套適用于我國倉儲環(huán)境的智能倉儲安全監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用NRF24L01 2.4G組建無線網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)時動態(tài)監(jiān)測多個環(huán)境點(diǎn)的溫濕度、光強(qiáng)等環(huán)境信息，具有智能化程度高、體積小、可擴(kuò)展、成本低等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：溫濕度；光照強(qiáng)度；物聯(lián)網(wǎng)；NRF24L01

倉庫是一個大的物品儲備中心，同時也是一個無流量大的集散地，倉庫內(nèi)環(huán)境情況直接影響物品存放時間與質(zhì)量，倉庫的智能化合理化管理可以提升倉庫的流通和儲備量。倉庫環(huán)境錯綜負(fù)責(zé)，如何更加智能化地管理具有很重要的實(shí)際研究意義。

當(dāng)代社會互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛，互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)智能倉儲的集中化監(jiān)測管理，但是由于互聯(lián)網(wǎng)成本較高、互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)計(jì)也較為復(fù)雜。對于智能倉儲系統(tǒng)而言，小范圍的局域網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)倉庫的智能化管理，同時最近幾年物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展態(tài)勢良好，物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)通信可靠性不斷提高，具有廣泛的應(yīng)用市場，采用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)倉庫的智能化管理，設(shè)計(jì)相對簡單、成本低，具有很好的應(yīng)用優(yōu)勢。

所以本系統(tǒng)進(jìn)行了倉庫的溫度、濕度、光照等環(huán)境因子檢測，物品的可靠有效存放，倉庫物品的可靠中轉(zhuǎn)流通，及時處理事故較小損失等方面的研究。

1 倉儲智能安全監(jiān)測系統(tǒng)功能分析與設(shè)計(jì)要求

1.1 環(huán)境特點(diǎn)分析

影響倉庫內(nèi)物品存放的環(huán)境因素包括溫度、濕度以及光照強(qiáng)度。溫濕度是影響倉儲儲存貨物的重要因素之一，為了更加長久地存放物品，需要針對倉庫內(nèi)物品種類，分別設(shè)定存放溫濕度，并盡量保持恒溫恒濕，最好能做到實(shí)時檢測環(huán)境溫濕度。對于有些物品的存放，還需要保持一定的輻照量，且不宜過低或過高。倉庫存放物品種類繁多，數(shù)量巨大，以致于倉庫物品流通量、搬運(yùn)量都比較大，物品擺放或者搬運(yùn)過程中，多種情況都很容易導(dǎo)致物品掉落，尤其是貴重且精細(xì)的物品掉落更是導(dǎo)致巨大的價(jià)值損失，通過動態(tài)加速度傳感器檢測物品掉落并及時有效處理顯得尤為重要。

1.2 倉儲智能安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

倉庫內(nèi)的溫度、濕度以及光照強(qiáng)度會對倉庫內(nèi)物品存放有很大影響，針對不同存放的物品，環(huán)境指標(biāo)不同，而且需要環(huán)境參數(shù)保持在一定的合理范圍內(nèi)，才可以使物品長期存放，為了檢測物品掉落并及時處理，引入動態(tài)加速度監(jiān)測模塊，當(dāng)物品強(qiáng)烈振動或者失重下落時可以檢測出并報(bào)警。本文針對智能倉庫環(huán)境情況，設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的倉儲智能安全監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實(shí)時檢測多個環(huán)境點(diǎn)的溫濕度、光強(qiáng)、動態(tài)重力加速度等環(huán)境參數(shù)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)總方案

倉儲智能安全監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示。

2.1.1 主機(jī)系統(tǒng)

主機(jī)主要由STM32核心控制板、NRF24L01無線收發(fā)器、PC機(jī)幾個部分組成，其中NRF24L01負(fù)責(zé)接收來自從機(jī)的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)、STM32核心控制板負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀取與設(shè)定值的下發(fā)，并且通過串口將接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)，PC機(jī)端的上位機(jī)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)繪制實(shí)時曲線，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

2.1.2 從機(jī)系統(tǒng)

從機(jī)系統(tǒng)相對較為復(fù)雜，本系統(tǒng)僅僅列出兩個節(jié)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量是可以進(jìn)行響應(yīng)擴(kuò)展的，以便形成一個分布式的監(jiān)控系統(tǒng)，而每一個節(jié)點(diǎn)的組成基本相同，只是采集節(jié)點(diǎn)外掛的傳感器采集點(diǎn)可以不同，本模擬系統(tǒng)就其中一個節(jié)點(diǎn)的組成進(jìn)行詳細(xì)說明。

STM32核心控制板對傳感器參數(shù)進(jìn)行讀取與處理，并通過無線收發(fā)器NRF24L01將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)解析，并將其通過串口轉(zhuǎn)發(fā)給PC機(jī)，最終在PC機(jī)的LabVIEW界面上顯示。

2.2 傳感器選用方案和接口電路

2.2.1 溫濕度傳感器接口電路

本系統(tǒng)采用溫濕度傳感器DHT11，這種傳感器是單總線結(jié)構(gòu)，有3個接口，接口電路如圖2所示，其中引腳2連接到STM32的PA8口上，而且需要接上一個上拉電阻，引腳1和3是VCC和接地。

2.2.2 光照強(qiáng)度傳感器接口電路

本次設(shè)計(jì)采用的光照強(qiáng)度傳感器是BH1750FVI，采用的仍然是模塊式的設(shè)計(jì)方式，需要考慮的是模塊與主控制器的接口問題，接口電路如圖3所示，傳感器模塊的SCL引腳與STM32的PB0引腳相連，SDA引腳與PB1引腳相連。

2.2.3 加速度傳感器接口電路

本次設(shè)計(jì)采用的重力加速度傳感器是ADXL345，采用的仍然是模塊式的設(shè)計(jì)方式，需要考慮的是模塊與主控制器的接口問題，接口電路如圖4所示，傳感器模塊的SCL引腳與STM32的PB10引腳相連，SDA引腳與PB11引腳相連。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)子程序主要包括溫濕度采集程序設(shè)計(jì)、光照強(qiáng)度采集程序設(shè)計(jì)、NRF24L012.4G無線收發(fā)程序設(shè)計(jì)、串口程序設(shè)計(jì)以及LabVIEW上位機(jī)程序設(shè)計(jì)等，倉儲智能安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案框圖如圖5所示。下面就針對每一個子程序的設(shè)計(jì)思路和功能進(jìn)行詳細(xì)說明。

3.1 溫濕度度采集程序設(shè)計(jì)

DHT11發(fā)送的數(shù)據(jù)，每1 bit都是以50 μs低電平時隙開始，數(shù)據(jù)位是0還是1由高電平的時間長短決定，26～28 μs表示'0'，70us表示'1'。根據(jù)DTH11的傳輸時序編寫溫濕度采集程序，程序主要包括：8位數(shù)據(jù)寫入，DHT11傳感器啟動、讀取數(shù)據(jù)。

3.2 光照強(qiáng)度采集程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的光照強(qiáng)度傳感器采用BH1750FVI模塊，光強(qiáng)采集程序也作為一個獨(dú)立的采集子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過I2C接口讀取監(jiān)測點(diǎn)光照傳感器數(shù)據(jù)。采用IIC通信協(xié)議，兩條線可以掛多個設(shè)備，IIC設(shè)備里有個固化的地址，只有在兩條線上傳輸?shù)闹档扔贗IC設(shè)備的地址時，IIC設(shè)備才會作出響應(yīng)。

3.3 PC端上位機(jī)監(jiān)測界面

我們采用基于LabVIEW的編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，并通過圖形、數(shù)字以及曲線的方式將現(xiàn)場溫濕度、光照強(qiáng)度以及動態(tài)加速度等數(shù)據(jù)顯示在上位機(jī)界面上，起到實(shí)時監(jiān)測報(bào)警的作用。

（1）串口數(shù)據(jù)讀取的程序設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行串口配置，并通過串口接收數(shù)據(jù)，如圖6所示。

（2）解析數(shù)據(jù)包的程序設(shè)計(jì)，針對接收的數(shù)據(jù)格式對數(shù)據(jù)包解析，并在前面板中顯示溫度、濕度、光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)及其各自曲線。此外，能夠顯示靜態(tài)重力加速度、動態(tài)加速度數(shù)據(jù)，當(dāng)動態(tài)重力加速度超出一定數(shù)值范圍，認(rèn)為物體失重或者超重，報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，上位機(jī)可以認(rèn)為消除報(bào)警，如圖7所示。

（3）數(shù)據(jù)存儲的程序設(shè)計(jì)，將解析的數(shù)據(jù)包按一定的數(shù)據(jù)格式保存到文件中，以便以后查閱處理，如圖8所示。

將通過串口接收到的數(shù)據(jù)存儲到txt文本文件中，文本文件數(shù)據(jù)存儲便捷，數(shù)據(jù)處理方便簡單，數(shù)據(jù)存儲量足夠大?？梢栽O(shè)置文件名稱和存儲位置，便于以后數(shù)據(jù)查找，為了便于試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)存儲格式為PC機(jī)本地時間加上傳感器數(shù)據(jù)。

上位機(jī)如圖9所示。

4 結(jié)語

文章提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的倉儲智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的方案，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括從機(jī)硬件設(shè)計(jì)和主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。從機(jī)節(jié)點(diǎn)可以采集環(huán)境溫濕度、光強(qiáng)以及動態(tài)加速度數(shù)據(jù)。通過檢測從機(jī)節(jié)點(diǎn)動態(tài)加速度，可以判斷物品大幅度振動，并能有效檢測物品掉落。設(shè)計(jì)了PC端上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)和上位機(jī)數(shù)據(jù)交互，并通過圖形、數(shù)字以及曲線的方式將現(xiàn)場溫濕度、光照強(qiáng)度以及動態(tài)加速度等數(shù)據(jù)顯示在上位機(jī)界面上，起到實(shí)時監(jiān)測報(bào)警的作用。