摘要：傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)方式存在監(jiān)測(cè)不及時(shí)、成本高、預(yù)警不及時(shí)等問(wèn)題，為了提高倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)測(cè)的信息化水平，文章設(shè)計(jì)了集嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、視覺(jué)識(shí)別技術(shù)于一體的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)部署的傳感器、視覺(jué)識(shí)別、攝像頭等模塊實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括煙霧、火焰、危險(xiǎn)氣體以及貨物掉落等參數(shù)。系統(tǒng)不僅能夠智能分析數(shù)據(jù)、及時(shí)預(yù)警異常情況，還具備自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)至云端管理平臺(tái)的功能，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。通過(guò)微信小程序，管理人員可以實(shí)時(shí)查看倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，掌握倉(cāng)儲(chǔ)安全狀況，從而及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：微信小程序；MQTT；視覺(jué)識(shí)別；環(huán)境監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP274

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)主要依靠人工定點(diǎn)巡視監(jiān)測(cè)及持續(xù)在線監(jiān)測(cè)2種方法。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法均存在人力成本高、建設(shè)復(fù)雜、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本高、數(shù)據(jù)誤差大等問(wèn)題。隨著物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的發(fā)展，基于云平臺(tái)的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，節(jié)省了大量的人力資源，讓值班人員不再固定于某個(gè)地點(diǎn)，微信小程序的搭載可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控^［1］。

本文以化工廠倉(cāng)庫(kù)為例，采用傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、視覺(jué)識(shí)別技術(shù)、微信小程序開(kāi)發(fā)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的智能化監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的煙霧濃度、危險(xiǎn)氣體、突發(fā)情況（貨物掉落、液體泄漏）等參數(shù)，同時(shí)將采集的信息通過(guò)微信小程序?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制功能。本系統(tǒng)優(yōu)化了傳統(tǒng)的閾值告警策略，結(jié)合視覺(jué)識(shí)別技術(shù)和傳感器技術(shù)對(duì)于危險(xiǎn)預(yù)判的精度大幅度提升，使工廠的倉(cāng)庫(kù)更加自動(dòng)化、安全化。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由采集端、云平臺(tái)端、上位機(jī)端3部分構(gòu)成，采集端通過(guò)部署的傳感器、視覺(jué)識(shí)別、攝像頭模塊采集倉(cāng)儲(chǔ)內(nèi)的環(huán)境信息和危險(xiǎn)預(yù)警情況，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信模塊上傳至云平臺(tái)服務(wù)器，云平臺(tái)將信息轉(zhuǎn)發(fā)至微信小程序以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

采集端：系統(tǒng)采用Arduino mage2560進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過(guò)部署在倉(cāng)庫(kù)的傳感器（氣體、火焰、溫濕度、煙霧、人體）、視覺(jué)識(shí)別模塊、攝像頭等模塊，24 h不間斷地收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

云平臺(tái)端：系統(tǒng)采用巴法云作為數(shù)據(jù)處理與分析的核心，選擇MQTT協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳和下發(fā)，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

上位機(jī)端：系統(tǒng)采用微信小程序作為用戶交互界面。微信小程序支持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示、危險(xiǎn)預(yù)警等功能。管理員可以通過(guò)微信小程序隨時(shí)隨地地掌握倉(cāng)庫(kù)環(huán)境狀況。

2 系統(tǒng)硬件選型

2.1 視覺(jué)識(shí)別

系統(tǒng)采用視覺(jué)識(shí)別模塊OpenMV4 H7實(shí)現(xiàn)液體泄漏、貨物掉落等重點(diǎn)區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。OpenMV4經(jīng)過(guò)捕獲分析圖像、預(yù)處理、特征提取、圖形訓(xùn)練、報(bào)警/循環(huán)捕獲等過(guò)程檢測(cè)貨物掉落等突發(fā)情況，一旦檢測(cè)到異常，系統(tǒng)會(huì)立即觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)實(shí)時(shí)預(yù)警。OpenMV4內(nèi)置ARM Cortex-M7處理器^［2］，能夠滿足實(shí)時(shí)圖像處理的需求，且OpenMV4提供了豐富的功能庫(kù)和API，包括圖像處理庫(kù)、串口通信庫(kù)、傳感器庫(kù)等，涵蓋了圖像采集、處理、分析等各個(gè)方面，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 攝像頭

攝像模塊采用ESP32-CAM用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的環(huán)境。ESP32-CAM模塊提供了多個(gè)接口，包括GPIO、SPI、UART、I2C等，可以連接顯示屏、存儲(chǔ)設(shè)備等。

2.3 火焰?zhèn)鞲衅?/p>

化工廠倉(cāng)庫(kù)內(nèi)存放著生產(chǎn)所需的原材料，如金屬、塑料、基礎(chǔ)原材料等，鑒于原材料的性質(zhì)以及存儲(chǔ)環(huán)境等因素，存儲(chǔ)過(guò)程中可能因各種原因引發(fā)火災(zāi)，因此火災(zāi)是倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)中須重點(diǎn)防范的首要問(wèn)題。本系統(tǒng)采用Risym火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)時(shí)檢測(cè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)是否有火災(zāi)發(fā)生。Risym火焰?zhèn)鞲衅鞯念~定電壓為3.3 V～5 V，與傳統(tǒng)器輸出信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，具有波形良好的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具備一定的驅(qū)動(dòng)能力，實(shí)時(shí)輸出電流水平可以達(dá)到15 mA以上^［3］。此外，火焰?zhèn)鞲衅髟O(shè)備還可以準(zhǔn)確檢測(cè)出波長(zhǎng)處于760 nm～1100 nm存在的火焰信息。

2.4 溫濕度傳感器

系統(tǒng)采用DHT11傳感器采集倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，以幫助倉(cāng)庫(kù)管理員實(shí)時(shí)監(jiān)控倉(cāng)庫(kù)環(huán)境，確保存儲(chǔ)的物品不受溫濕度的影響。DHT11傳感器測(cè)量誤差小，響應(yīng)速度快（溫度小于5 s），工作電壓范圍寬（3 V～5.5 V），低功耗，易于集成，能夠滿足系統(tǒng)需求。

2.5 煙霧傳感器

通過(guò)監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境中的煙霧情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)隱患的早期預(yù)警，從而確保倉(cāng)儲(chǔ)安全。本系統(tǒng)采用MQ2煙霧傳感器采集倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的煙霧濃度。MQ2具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煙霧濃度，傳感器能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)，滿足系統(tǒng)需求。

2.6 氣體傳感器

本系統(tǒng)采用MQ9、MQ6、MQ135等氣體傳感器，采集倉(cāng)庫(kù)環(huán)境中可能存在的危險(xiǎn)氣體，如甲烷、一氧化碳、液化氣、氫氣以及其他有害氣體^［4］。系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集這些傳感器的數(shù)據(jù)，將其上傳至微信小程序端進(jìn)行直觀地顯示并實(shí)現(xiàn)越限預(yù)警，一旦檢測(cè)到氣體濃度超出安全范圍，系統(tǒng)將立即發(fā)出警報(bào)，提醒管理人員及時(shí)采取相應(yīng)的安全措施，從而避免潛在的安全隱患，確保倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的安全。

2.7 通信模塊

本系統(tǒng)采用ESP8266模塊實(shí)現(xiàn)信息的上傳和下發(fā)。ESP8266具有低功耗、高性能、內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧等，能夠穩(wěn)定連接至云端服務(wù)器，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸與處理。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)使用OpenMV4 H7的攝像頭模塊捕獲包含貨物的圖像，然后對(duì)圖片進(jìn)行預(yù)處理，將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖。根據(jù)圖像的亮度分布，使用自適應(yīng)閾值分割算法將圖像劃分為前景（貨物）和背景，然后提取貨物邊緣和輪廓信息，進(jìn)而對(duì)提取的輪廓進(jìn)行形狀分析，計(jì)算輪廓的面積、周長(zhǎng)等特征參數(shù)。根據(jù)已知倉(cāng)庫(kù)的初始模板，使用模板匹配函數(shù)將當(dāng)前圖像中的貨物模板與預(yù)設(shè)的正常模板進(jìn)行匹配，計(jì)算匹配度，若模板匹配成功，則直接輸出結(jié)果。如果模板匹配失敗，則啟用預(yù)先訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)分類器（這個(gè)分類器是使用已知掉落和未掉落貨物的圖像數(shù)據(jù)集訓(xùn)練得到的），將從圖像中提取的輪廓特征輸入到該分類器中，分類器會(huì)對(duì)貨物的狀態(tài)進(jìn)行判斷，最終確定貨物是否發(fā)生掉落。如果檢測(cè)到貨物掉落，將立即向微信小程序（重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)）顯示預(yù)警。視覺(jué)識(shí)別流程如圖2所示。

3.2 云平臺(tái)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用巴法云作為中心節(jié)點(diǎn)，通過(guò)創(chuàng)建主題和MQTT連接來(lái)實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)備和微信小程序之間的通信^［5］。硬件設(shè)備通過(guò)上傳傳感器數(shù)據(jù)和接收控制指令，實(shí)現(xiàn)與云平臺(tái)的交互。

系統(tǒng)通過(guò)訂閱2個(gè)主題topic：cangku/huidiao實(shí)現(xiàn)信息的上傳和下發(fā)。其中topic：cangku用來(lái)存儲(chǔ)傳感器數(shù)據(jù)，topic：huidiao用來(lái)推送控制指令。Wi-Fi模塊ESP8266通過(guò)MQTT協(xié)議連接云平臺(tái)，訂閱這2個(gè)主題，向topic：cangku上傳傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)聽(tīng)主題topic：huidiao推送的消息指令，如果有指令推送，則檢查與約數(shù)內(nèi)容是否匹配，如果匹配則執(zhí)行命令。

微信小程序通過(guò)MQTT協(xié)議連接云平臺(tái)，在topic：cangku中獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過(guò)格式分隔得到每個(gè)傳感器數(shù)值并在界面中顯示。微信小程序上的操作控制指令發(fā)送到topic：huidiao，接收指令后云平臺(tái)向硬件推送指令，完成相應(yīng)操作動(dòng)作。

程序流程如圖3所示。

3.3 微信小程序接入云平臺(tái)設(shè)計(jì)

微信小程序通過(guò)獲取傳感器數(shù)據(jù)和發(fā)送控制指令^［6］，與云平臺(tái)和硬件設(shè)備進(jìn)行交互，構(gòu)成了一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理和控制的功能。

3.3.1 微信小程序系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

注冊(cè)微信小程序開(kāi)發(fā)者賬號(hào)：在微信公眾平臺(tái)注冊(cè)小程序開(kāi)發(fā)者賬號(hào)，獲得小程序開(kāi)發(fā)者身份。

創(chuàng)建微信小程序：登錄微信小程序開(kāi)發(fā)者工具，選擇“新建項(xiàng)目”，在彈出的對(duì)話框中填寫項(xiàng)目名稱、保存位置等信息，選擇“小程序”作為項(xiàng)目類型，填寫小程序AppID，然后點(diǎn)擊“創(chuàng)建”按鈕。

配置開(kāi)發(fā)環(huán)境：在微信小程序開(kāi)發(fā)者工具中配置開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括開(kāi)發(fā)者工具的設(shè)置、調(diào)試工具的設(shè)置等，確保開(kāi)發(fā)環(huán)境的穩(wěn)定和可靠。

3.3.2 微信小程序接入MQTT協(xié)議

微信小程序軟件流程如圖4所示。

實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵代碼如下：

（1）加載MQTT庫(kù)。

import mqtt from'../../utils/js/mqtt.min.js';

（2）連接MQTT服務(wù)器。

this.data.clientmqtt.connect（'wxs：//bemfa.com：9504/wss'，options）

（3）訂閱主題。

this.data.client.on（'connect'， function （） {

that.data.client.subscribe（that.data.dhttopic， function （err） {

if （err） {

console.log（err）

}

}）

}）

（4）獲取數(shù)據(jù)。

that.data.client.on（'message'， function （topic， message） {console.log（topic）

var msg = message.toString（）

if（topic == that.data.dhttopic）{

if（msg.indexOf（\"#\"） ！= -1）

var all_data_arr = msg.split（\"#\"）;

console.log（all_data_arr）

that.setData（{

MQ6：all_data_arr［0］/100，

MQ9：all_data_arr［1］/100，

MQ2：all_data_arr［2］/100，

MQ135：all_data_arr［3］/10，

shuiwei：all_data_arr［4］，

infrared：all_data_arr［5］，

wendu：all_data_arr［6］，

shidu：all_data_arr［7］，

huoyan：all_data_arr［8］，

qingdao：all_data_arr［9］，

}）

}）

4 系統(tǒng)測(cè)試

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，連接電源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，各個(gè)指示燈正常點(diǎn)亮，表示硬件連接正常，硬件測(cè)試如圖5所示。啟動(dòng)微信小程界面，可以實(shí)時(shí)查看倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，監(jiān)控畫面，重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)狀態(tài)（視覺(jué)識(shí)別預(yù)警狀態(tài)）。微信小程序界面如圖6所示。

采用OpenMV4對(duì)采集的倉(cāng)庫(kù)異常圖片進(jìn)行識(shí)別，測(cè)試結(jié)果顯示，可以對(duì)檢測(cè)到的異常情況用方框標(biāo)識(shí)，同時(shí)串口工作區(qū)顯示“有貨物掉落”。

測(cè)試結(jié)果表明：傳感器采集的數(shù)據(jù)通過(guò)Wi-Fi模塊，能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至巴法云服務(wù)器并實(shí)時(shí)顯示在微信小程序；視覺(jué)識(shí)別模塊能夠?qū)崿F(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域的掃描，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)預(yù)警；云平臺(tái)實(shí)時(shí)刷新數(shù)據(jù)正常。

5 結(jié)語(yǔ)

本文綜合運(yùn)用嵌入式技術(shù)、視覺(jué)識(shí)別技術(shù)、微信小程序開(kāi)發(fā)等技術(shù)，研究并設(shè)計(jì)了一套倉(cāng)庫(kù)環(huán)境的智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)布線式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的布線煩瑣、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)缺失、精準(zhǔn)度不足以及預(yù)警滯后等問(wèn)題，保障了倉(cāng)庫(kù)的安全高效運(yùn)營(yíng)。同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)視覺(jué)識(shí)別技術(shù)，對(duì)倉(cāng)庫(kù)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)并發(fā)出預(yù)警。

參考文獻(xiàn)

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（編輯 沈 強(qiáng)）

Design of a warehouse monitoring and early warning system based on WeChat mini programs

YANG Qingqing¹， ZHANG Lixin²， GONG Qianqian¹， QIN Qin¹， LIU Zhongpeng¹， DUAN Zongwei¹

（1.Baoding University， Baoding 071000， China;

2.North China Electric Power University， Baoding 071000， China）

Abstract：Traditional monitoring methods for storage environments face challenges such as delayed monitoring， high costs， and untimely warnings. To enhance the informatization level of storage monitoring， this paper proposes a storage environment monitoring system that integrates embedded technology， sensor technology， and visual recognition technology. The system achieves real-time monitoring of storage environments through deployed sensors， visual recognition， cameras， and other modules， covering parameters such as smoke， flames， hazardous gases， and liquid leaks. The system not only intelligently analyzes data and provides timely warnings for abnormal conditions but also features the capability to automatically upload data to a cloud management platform， facilitating remote monitoring and management. Through WeChat Mini Program managers can view various monitoring data of the storage environment in real time， grasp the safety status of the storage， and take timely measures accordingly.

Key words：WeChat mini program; MQTT; visual recognition; environmental monitoring