摘要：當(dāng)前大部分倉庫的環(huán)境檢測系統(tǒng)是基于局域網(wǎng)體系建設(shè)的，很多體系獨立布局，無法有效地和廣域網(wǎng)的智能終端相連接。文章重點分析了一種基于Zigbee的倉庫環(huán)境檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以CC2532芯片為基礎(chǔ)，在倉庫當(dāng)中采集相應(yīng)的溫濕度、熱釋電人體紅外信號、可燃?xì)怏w信號等，并且上傳到云平臺，依照管理要求進行消防聯(lián)動通風(fēng)和噴淋滅火，通過配置Zigbee網(wǎng)關(guān)的方式轉(zhuǎn)變，有效解決有線傳感器部署過程中的各種問題，保障了倉儲的環(huán)境檢測和消防安全監(jiān)測，使得整個系統(tǒng)更為安全、高效、可靠。

關(guān)鍵詞：Zigbee;物聯(lián)網(wǎng);倉儲;環(huán)境檢測;消防安全監(jiān)測

中圖分類號：X830.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）11-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.114

Design of warehouse environment detection system based on Zigbee

Fu Chenhui

（Sinotrans Xiamen Co.，Ltd.，Xiamen Fujian 361010，China）

Abstract：Most of the current warehouse environment detection system is based on the local area network （Lan） system construction， many of the independent layout of the system，can not effectively and the WAN intelligent terminal connection.This paper focuses on the analysis of a warehouse environment detection system based on Zigbee.The system is based on CC2532 chip，which collects the relevant temperature and humidity， pyroelectric human body infrared signal，combustible gas signal and so on in the warehouse，and uploads it to the cloud platform，according to the management requirements，the fire-fighting linkage ventilation and spray fire-fighting are carried out， and through the change of the way of configuring Zigbee gateway，various problems in the deployment of wired sensors are effectively solved，thus ensuring the environmental detection and fire-fighting safety monitoring of warehouses， make the whole system more safe，efficient and reliable.

Key words：Zigbee; Internet of Things; Warehousing; environmental testing; Fire safety monitoring

1 基于Zigbee的倉庫環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計的意義

當(dāng)前全球化經(jīng)濟快速發(fā)展，倉庫的數(shù)量、存儲規(guī)模逐年增加，導(dǎo)致對倉儲安全管理的要求也進一步提高。在倉儲管理過程中，除了需要加強防盜、防火安全管理外，還要進一步將倉庫管理融入互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。盡管目前有些倉庫能夠?qū)貪穸?、人員入侵情況進行監(jiān)測和監(jiān)控，但是在報警方式和處理問題方面依然依賴于人工，其根本原因是體系框架過于簡單，構(gòu)架也僅局限于局域網(wǎng)的一種或幾種簡單的倉庫套件應(yīng)用，各種操作都賴于人工。當(dāng)涉及較為復(fù)雜、繁瑣的操作時，在操作的過程中耗費大量人力、物力。因此，加強系統(tǒng)的優(yōu)化，重視關(guān)鍵點的控制，通過云平臺加強無線倉儲智能監(jiān)控預(yù)警顯得越來越重要，本設(shè)計在原有倉庫信息系統(tǒng)的條件下，與一些傳感器相結(jié)合，形成一個高效率、低成本的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，確保倉庫的安全性。

2 基于Zigbee的倉庫環(huán)境檢測系統(tǒng)組成與功能

Zigbee作為一種無線通信技術(shù)，其主要特點在于網(wǎng)絡(luò)容量大、成本低、能耗低，運行較為安全。在本次設(shè)計當(dāng)中主要通過Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)來建設(shè)現(xiàn)場的環(huán)境檢測和消防安全監(jiān)測。

其構(gòu)架主要分成外部客戶端、互聯(lián)網(wǎng)云平臺以及無線傳感器三個部分，形成應(yīng)用層、感知層、傳輸層。無線傳感器主要包含了傳輸系統(tǒng)、傳感器、云平臺等，感知層主要是分布與倉庫當(dāng)中的各種傳感器組成的，基于Zigbee技術(shù)的特點形成完善的路由、終端節(jié)點等。

傳感器可以有效對倉庫當(dāng)中的溫度、濕度、可燃?xì)怏w等數(shù)據(jù)進行采集，并且通過傳感系統(tǒng)進入網(wǎng)關(guān)。云平臺在設(shè)計過程中是傳感器之間進行連接，通過對應(yīng)的協(xié)議獲得參數(shù)，并且將其存儲到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中以便后續(xù)使用。在實踐當(dāng)中，通過Java開發(fā)B＼S結(jié)構(gòu)的管理云平臺，可以通過瀏覽器讓用戶進行物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的查看和管理，對于不同網(wǎng)關(guān)連接設(shè)備進行智能化的配置，在管理過程中可以有效地對數(shù)據(jù)進行傳送。

系統(tǒng)在工作的過程中每隔5s將傳感器數(shù)據(jù)上送到云平臺，并且進行存儲，實時分析和處理，如有必要還可以引入大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。智能化數(shù)據(jù)在運行過程中依照采集的數(shù)據(jù)要求和既定的管理策略進行命令的發(fā)送，提高運行的效果，讓物聯(lián)網(wǎng)關(guān)依照要求進行操作執(zhí)行相關(guān)的執(zhí)行器，通過無線網(wǎng)絡(luò)可以有效地將數(shù)據(jù)發(fā)送給手機終端，如果出現(xiàn)嚴(yán)重火災(zāi)等，可以自動啟動報警裝置，并將電磁閥控制的噴頭打開，用于進行滅火[1]。

3 基于Zigbee的倉庫環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計與選型部署

本系統(tǒng)當(dāng)中的硬件主要包含了傳感器、執(zhí)行器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，還有Zigbee的節(jié)點、視頻攝像頭等。

3.1.1 傳感器

在設(shè)計的過程中，溫濕度傳感器、人體紅外感應(yīng)傳感器、可燃?xì)怏w傳感器等都通過無線模式進行配置，使用鋰電池供電。采集終端節(jié)點采集環(huán)境信息與合理參數(shù)上下限進行判斷，超出上下限時PC 管控平臺會進行報警并記錄異常信息。

3.1.1.1溫濕度傳感器

溫濕度傳感器使用的主要是DHT11。DHT11傳感器是一種復(fù)合式的溫濕度傳感器，集成了溫濕度傳感和數(shù)字采集，可以確保產(chǎn)品具有較高的穩(wěn)定性，長期應(yīng)用時具有較好的效果，傳感器只有一個NPC元件，具有較高的響應(yīng)速度和抗高壓能力，而且性價比較高。每個傳感器都在實驗室中進行正確的校正，在應(yīng)用過程中使用單線制串行接口，具有極低的功耗，超小的體積，可以在倉儲系統(tǒng)當(dāng)中進行穩(wěn)定的使用，讓整個系統(tǒng)簡單易用[2]。

3.1.1.2氣體傳感器

氣體傳感器使用的是514mq-2mq-27t傳感器，能夠有效地感知周邊的可燃?xì)怏w，在超低壓條件下也能夠有效工作，而且其電導(dǎo)率會隨著可燃?xì)怏w濃度的增加而逐步增加，穩(wěn)定性較好。在操作的過程中通過簡單的電路就可以有效地對電導(dǎo)率和氣體濃度之間的輸出信號進行轉(zhuǎn)換，可以有效分析甲烷、氫氣等可燃?xì)怏w，是一種低成本傳感器。

3.1.2 執(zhí)行器

執(zhí)行器主要由繼電器，各種自動噴水、通風(fēng)等設(shè)施構(gòu)成，都可以通過繼電器進行控制，在繼電器應(yīng)用過程中和傳感器相同，接入Zigbee控制板當(dāng)中。

3.1.3 ZigBee組網(wǎng)和網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)

ZigBee管理系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)是無線組網(wǎng)技術(shù)，系統(tǒng)中各部分都需要由無線網(wǎng)絡(luò)連接，是設(shè)備交互數(shù)據(jù)的通道，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能很大程度上決定了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、可行性。ZigBee 技術(shù)相比WiFi、藍(lán)牙等其他無線組網(wǎng)技術(shù)，具有組網(wǎng)性能好、可靠性高、功耗低、安全性高等優(yōu)點。網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)是云平臺和各種硬件傳感器之間進行連接的重要中間件，主要用于對傳感器信息進行收集，并且利用網(wǎng)絡(luò)的方式向平臺進行傳送，網(wǎng)關(guān)設(shè)置過程中，可以有效切換傳輸模式，可以使用rj45與以太網(wǎng)進行連接，也可以使用內(nèi)部芯片與WiFi進行連接，可以有效與云平臺進行通信[3]。

3.2 選型與部署原則

傳感器的選型需要對精度和量程進行充分考慮，如果精度較高，傳感器的位置和節(jié)點的數(shù)量增多，會導(dǎo)致成本偏高，而Zigbee通信特點和要求是各節(jié)點的距離需要控制在20m以內(nèi)，溫濕度傳感器屬于密封的，因此需要注意在安裝的過程中依照其測量特點進行鋪設(shè)，最適合連接在風(fēng)扇或空調(diào)附近，光照火焰的傳感器一定部位上不能遮蓋執(zhí)行系統(tǒng)，主要用于進行滅火照明通風(fēng)等控制。

3.3 軟件設(shè)計

3.3.1 云平臺設(shè)計

云平臺主要是通過Java系統(tǒng)設(shè)計的一種B＼S構(gòu)架的程序，可以用于進行控制數(shù)據(jù)的查看以及設(shè)備的管理，程序當(dāng)中通過css進行布局，并且利用Java編程語言對API進行調(diào)用，以便對服務(wù)器端腳本編程和控制[4]。外部服務(wù)器通過騰訊云服務(wù)器進行搭設(shè)，在架設(shè)的過程中IP地址是固定的，管理員可以通過域名或者登錄IP地址來進行網(wǎng)關(guān)設(shè)備的添加，穩(wěn)定性很好，每個網(wǎng)關(guān)有唯一識別號進行識別，避免系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂，各個云平臺可以添加多個網(wǎng)關(guān)設(shè)備，這樣可以集中對平臺當(dāng)中的倉儲點進行監(jiān)控。

3.3.2 移動端設(shè)計

移動端主要針對安卓系統(tǒng)進行編程，客戶在登錄移動端之后可以了解倉庫的平臺信息，可以通過移動客戶端來進行監(jiān)控參數(shù)的配置并接收報警信息。

3.4 監(jiān)測與控制策略

傳感器通過采集各種電信號轉(zhuǎn)化為需要的數(shù)據(jù)，上傳給云平臺?？梢噪S時在管理系統(tǒng)當(dāng)中進行添加部件。在執(zhí)行器和傳感器的實際應(yīng)用時通過序列號進行區(qū)分，對應(yīng)相應(yīng)的邏輯設(shè)備。其次可以進行傳感器變量的添加，在云平臺建設(shè)過程中對各監(jiān)控平臺進行對應(yīng)的傳感器設(shè)置連接。在實際操作過程中，合理地進行控制策略的設(shè)定也是非常重要的。執(zhí)行器通過設(shè)定參數(shù)關(guān)聯(lián)傳感器，各個不同的倉庫系統(tǒng)在參數(shù)需求方面具有一定差別，需要注意加強通風(fēng)、溫度報警、噴淋等參數(shù)的設(shè)置，并且針對性進行應(yīng)用，讓系統(tǒng)處于自動監(jiān)控的狀態(tài)[5]。

4 結(jié)束語

在各系統(tǒng)搭建完成之后，需要有效分析溫濕度傳感器、光照傳感器，并且要進行測試，在測試時要人工控制溫濕度等傳感器達到閾值，判斷是否能夠自動打開噴淋頭、滅火器等相應(yīng)電磁閥。另外，需要分析系統(tǒng)是否能夠依照策略對執(zhí)行器進行控制，在啟動系統(tǒng)之后還需要注意加強主網(wǎng)操作，在序列號正確、通信系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下逐一將節(jié)點通電，讓整個互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)處于完全上線的狀態(tài)下，對其魯棒性和穩(wěn)定性進行監(jiān)控。

參考文獻

[1]劉一婷，楊恒，張正炳.基于ZigBee的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2013（04）：41-43+48.

[2]程明，涂德鳳，張帆.基于ZigBee技術(shù)的倉儲環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].貴陽學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2017（2）：141-143.

[3]閆振利.基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉儲環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2018.

[4] Zhenzhoubao. Design of Storage Environmental Monitoring System Based on ZigBee and GPRS Technology[J]. Journal of Jiangxi agriculture，2013（03）.

[5]袁東風(fēng)，徐偉濤.基于ZigBee與RFID技術(shù)的智能倉儲管理系統(tǒng)的設(shè)計[C]//中國電子學(xué)會第十七屆信息論學(xué)術(shù)年會論文集，2010.

收稿日期：2020-09-06

作者簡介：傅晨暉（1984-），男，漢族，本科學(xué)歷，中級工程師，研究方向為倉儲、環(huán)保。