摘 要：傳統(tǒng)機房物料管理模式存在人力勞動投入大、物料管理出錯率高等問題，實現(xiàn)機房物料管理數字化和智能化是現(xiàn)代機房管理的必然趨勢。本項目設計以ZigBee無線物聯(lián)網技術為核心控制芯片，應用RFID射頻識別技術、人體檢測技術和液晶觸摸屏技術組成局域機房物料信息檢測、登記和數據顯示系統(tǒng)，系統(tǒng)通過WiFi模塊將數據上傳到OneNET物聯(lián)網云平臺，實現(xiàn)物料與網絡相連。系統(tǒng)能夠實現(xiàn)物料存入和借出的實時記錄，管理人員可以現(xiàn)場通過液晶屏觀測物料信息，也可以通過手機或者電腦登錄OneNET云平臺遠程觀測機房物料信息，優(yōu)化機房管理制度，減少機房物料出錯率，降低機房管理人力投入，推進機房管理現(xiàn)代化建設。

關鍵詞：物聯(lián)網；數字化；智能化；ZigBee；RFID；云平臺

中圖分類號：TP277；TN92 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）04-00-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.04.017

0 引 言

隨著物聯(lián)網技術的快速發(fā)展，社會建設以物聯(lián)網技術為基礎，突破了傳統(tǒng)技術模式，創(chuàng)造了一批典型的智能化項目，如智慧城市、智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧社區(qū)等。按照目前的物聯(lián)網技術發(fā)展趨勢，其應用范圍將越來越廣。依托物聯(lián)網技術的技術特性，將其應用在機房物料管理中實現(xiàn)對物料的監(jiān)控、跟蹤、記錄，將大大減少人力勞動。該系統(tǒng)能夠精確跟蹤物料的借出和放入，完成物料數量登記，管理人員可隨時隨地通過手機或者電腦查看，及時掌握當前機房物料狀態(tài)。系統(tǒng)采用良好的人機交互模式，優(yōu)化了機房物料管理程序，降低了機房物料的出錯率，做到物料實時可監(jiān)控、可檢測，提高了機房物料管理的安全性，給機房物料管理帶來的成效顯而易見。

1 機房物料管理系統(tǒng)的總體設計框架

本系統(tǒng)主要由ZigBee物聯(lián)網模塊、RFID射頻模塊、人體檢測模塊、WiFi無線傳輸模塊、液晶顯示屏、OneNET物聯(lián)網云平臺組成。將機房中的每件物料都打上電子標簽紙，RFID讀卡器與ZigBee節(jié)點模塊構成物料記錄設備，實現(xiàn)物料數據讀取登記。再利用ZigBee協(xié)調器模塊與ZigBee節(jié)點模塊構成局域網絡實現(xiàn)局部通信，其中，由ZigBee協(xié)調器模塊、人體檢測模塊、WiFi無線傳輸模塊、液晶顯示屏、OneNET物聯(lián)網云平臺構成物聯(lián)網系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)，實現(xiàn)機房物料可視化和安全化管理。物聯(lián)網機房物料管理系統(tǒng)總設計框架如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件模塊設計

2.1 系統(tǒng)主控制單元與網絡拓撲結構選擇

物聯(lián)網機房物料管理系統(tǒng)主控制芯片采用TI公司研發(fā)設計的CC2530F256芯片，最小系統(tǒng)電路如圖2所示[1]。該芯片具有豐富的片上資源，如256 KB的內存。芯片運行多種模式，能夠實現(xiàn)超低功耗運行，工作穩(wěn)定性強，內置增強型51內核，支持雙串口通信，具有12位ADC采樣模塊等外設功能和接口。CC2530F256芯片綜合了TI公司ZigBee協(xié)議棧（Z-StackTM）的功能，可提供強大的ZigBee無線通信網絡的解決方案，在ZigBee無線通信網絡中，支持多節(jié)點（65 536個）與多種網絡拓撲結構，能夠提供低復雜度、快速、可靠、安全的物聯(lián)網技術解決方案。ZigBee無線局域網絡拓撲有星形、樹形、網狀三種網絡結構[2]，如圖3、圖4、圖5所示。

以上3種ZigBee物聯(lián)網拓撲結構的特點不同。

（1）星形拓撲特點：拓撲結構簡單，節(jié)點間通信獨立，數據處理簡單；

（2）樹形拓撲特點：拓撲延展性強，路由與節(jié)點實現(xiàn)數據融通分揀，數據傳輸距離遠；

（3）網形拓撲特點：節(jié)點數據共享，數據傳輸距離遠，控制快速。

綜合機房物料管理系統(tǒng)的功能要求以及研發(fā)設計成本，基于ZigBee物聯(lián)網技術機房物料管理系統(tǒng)設計網絡無線拓撲結構建議選擇星形拓撲結構，后面也可以轉換成其他拓撲

結構[3-5]。

2.2 RFID標簽讀卡模塊設計

RFID非接觸式射頻識別技術應用范圍廣，技術發(fā)展水平相對成熟，在門禁管理、停車場管制、自動化生產等方面都有很好的應用。RFID非接觸射頻識別技術的硬件主要由電子標簽和RFID讀卡器組成，電子標簽存儲有相應的可讀寫的卡號信息，在一定范圍內，RFID讀卡器能夠通過天線讀取電子標簽的信息，RFID讀卡器將卡號信息通過串口傳輸給ZigBee節(jié)點模塊，完成機房每件物料信息的讀取。RFID標簽讀卡系統(tǒng)構成如圖6所示。

2.3 人體檢測模塊設計

人體檢測模塊系統(tǒng)采用HC-SR505人體感應模塊，該模塊基于紅外線檢測技術實現(xiàn)相關功能。模塊檢測靈敏度高，體積較小易安裝，可靠性強，能工作在低電壓工作模式，可廣泛應用在各類自動感應和控制產品中。當人體進入傳感器的感應范圍時，傳感器將輸出高電平，人體離開或者超出傳感器感應范圍后，傳感器將自動延時關閉高電平，輸出低電平。通過人體檢測模塊，機房管理人員能夠實時得知來訪人員，并提高機房物料的安全性[6-7]。人體檢測模塊系統(tǒng)構成如圖7所示。

2.4 液晶觸摸屏顯示模塊設計

液晶觸摸屏顯示模塊采用X5系列TJC1060×5A1_011C_l

型號液晶，該串口屏采用電容觸摸模式，分辨率為

1 024×600，工作電壓范圍為4.65～6.5 V，擁有128 MB的FLASH和4 KB的串口指令緩存區(qū)，具有一組USART串口通信接口，液晶屏主控頻率是200 MHz。該液晶屏集數據顯示和控制觸摸于一體，能夠很好地適配系統(tǒng)人機交互應用，管理人員可以通過液晶屏的數據顯示動態(tài)了解機房內的物料情況。液晶觸摸屏顯示模塊系統(tǒng)構成如圖8

所示。

2.5 WiFi和物聯(lián)網OneNET云平臺模塊設計

機房物料管理系統(tǒng)要達到物與網絡相連，實現(xiàn)物體數據與互聯(lián)網通信，就要有能夠讓物與網絡通信的橋梁。本系統(tǒng)采用ESP8266無線WiFi模塊實現(xiàn)物與網絡間的通信。ESP8266無線WiFi模塊是一款性能優(yōu)良的通信模塊，具有串口通信接口，能夠很好的與ZigBee協(xié)調器通信，控制命令簡單，數據傳輸穩(wěn)定性高，應用廣泛。ESP8266無線WiFi模塊通過連接機房存在的熱點與物聯(lián)網OneNET云平臺進行數據傳輸，管理人員可通過手機或者電腦登錄OneNET云平臺遠程查看或監(jiān)控機房物料情況[8-10]。WiFi和物聯(lián)網OneNET云平臺模塊構成如圖9所示。

3 機房物料管理系統(tǒng)程序設計

本系統(tǒng)程序設計包括RFID標簽讀卡程序設計、基于協(xié)議棧ZigBee終端節(jié)點與ZigBee協(xié)調器局域網程序設計和ZigBee協(xié)調器與OneNET云平臺數據交互通信程序設計。從前端物料數據監(jiān)測到ZigBee模塊組網進行數據互通，最后通過無線WiFi將數據傳輸至云平臺進行分析和處理，三部分相應的程序函數設計如下：

（1）RFID標簽讀卡程序設計：

①串口發(fā)送讀指令函數：UartTXDatastring（unsigned char *TData， int Tlen）；

②串口接收電子標簽信息函數：UartRX_Get_String（Recdata，stringlen）；

（2）基于協(xié)議棧ZigBee終端節(jié)點與ZigBee協(xié)調器局域網程序設計：

①協(xié)議棧數據發(fā)送函數：SampleApp_SendPerio_Message（）；

②協(xié)議棧數據接收函數：SampleApp_Message

（afIncomingMSGPacket_t *pkt）；

（3）ZigBee協(xié)調器與OneNET云平臺數據交互通信程序設計：

①WiFi連接無線路由函數：

void wf_Connect（） {

wf.config（）;//配置WiFi

wf.mode（）;//設置模式

wf.begin（）;//連接路由

while （status==0）;//等待連接成功

}

②WiFi收到數據發(fā)送到協(xié)調器串口函數：

void wfdata_send_USRAT（）{

for （i=0; ilt;strlen（wf_data）;i++） {

Wf_data[i] = serverdata[i].read（）;

Serial.println（data）;

delay（100）;

} }

③協(xié)調器串口數據通過WiFi發(fā)送到OneNET云平臺：

void USRAT_send_wfdata（）{

for （n = 0;ilt;strlen（data_wf;n++） {

serverdata[i].write（）=data_wf[i];

delay（100）;

} }

4 結 語

本項目主要應用物聯(lián)網技術、RFID射頻識別技術和人體檢測技術等，著重解決日常機房物料管理遇到的問題，降低機房物料管理的出錯率，優(yōu)化機房管理模式，便于管理人員通過手機或者電腦查詢機房的物料情況。系統(tǒng)可二次開發(fā)，適應多種使用場景，有利于推進傳統(tǒng)機房物料管理向數字化管理方向轉型。

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收稿日期：2023-04-10 修回日期：2023-05-17

基金項目：2022年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目：基于NB-IoT組網的校園智慧照明控制系統(tǒng)研究與開發(fā)（2022KY1100）