基于ZigBee技术的仓储环境监测系统设计
随着社会经济及物联网技术的发展, 大型多元化复合型仓储越来越多, 很多仓库需要存储大量的对周围环境要求较高的货物, 温度、湿度、光照度等环境参数的微小变化都可能对货物造成损害。而传统的仓储环境监测系统存在着环境监测难、灵活性差以及维护成本高等问题, 这就亟需一种现代化的智能仓储监测系统来完成对仓储环境的全面监测和管理。近年来, 大家国家也相继开展了智能仓储管理系统的研究和设计, 并取得了一定的成就。目前, 基于Zig Bee网络的智能仓储管理系统是时下研究的热点。
1 Zig Bee技术
Zig Bee技术是一种近距离、低功耗、低复杂度、低成本的双向无线通信网络技术, 也是一种基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的组网、安全和应用App方面的通信技术。Zig Bee通信主要用于短距离且传输速率不高以及典型的具有周期性数据、间歇性数据和低反映时间数据传输的各种电子设备之间进行数据传输。Zig Bee网络支撑大量节点和多种拓扑结构, 主要有协调器、路由器和传感器节点三种角色构成。
2 系统硬件设计
2.1 系统硬件总体设计方案
本系统是由数据采集终端、数据处理中心以及上位机监控管理端三部分组成, 系统的整体结构如图1所示。
数据采集终端主要负责仓储环境数据的采集, 数据处理中心主要是对采集来的数据进行分析和处理, 并通过Zig Bee无线网络与采集终端进行相互通信, 上位机监控管理端可以对系统进行统一管理和配置。
2.2 数据采集终端硬件设计
数据采集终端核心芯片采用恩智浦企业生产的LPC1114芯片, 该芯片成本低, 功耗小, 有丰富的外设接口。温湿度传感采用DHT11数字传感器, 它的测量精度较高, 适用范围也较广。光敏传感器采用ISL29003传感器, 它可以识别可见光和红外光。当传感器采集到数据后, 通过Zig Bee网络把数据发送给数据处理中心。数据采集终端硬件框图如图2所示。
2.3 数据处理中心硬件设计
数据处理中心是以SAMSUNG企业生产的S5pv210开发板来进行设计的, 通过设计数模转换电路及串并口电路来实现与外设相连接, 保证了与Zig Bee网络的正常通信。WIFI模块采用Marvell8686芯片, GPRS模块采用SIMCOM企业的ATK-SIM900A芯片。数据处理中心硬件框图如图3所示。
数据采集模块将采集到的数据通过Zig Bee网络传输到数据处理模块后, 数据处理中心对发送来的数据进行分析处理并反馈给数据采集中心。当采集到的数据超出设置的阈值时, 终端节点接收到反馈回来的命令后, 会对相应的设备进行智能控制。同时, 数据处理中心还会通过GPRS发送信息到手机上进行报警。仓储管理人员可以通过PC机来监控整个仓储的状态, 实现对仓储环境的智能监控和管理。
2.4 系统通信模块及组网设计
系统通信模块采用TI企业生产的基于Zig Bee的CC2530芯片, 该芯片支撑IEEE802.15.4标准, 同时集成了一个高性能的RF收发器和一个8051微处理器。系统利用Zig Bee无线网络来实现数据采集终端与数据处理中心之间的相互通信。
系统采用网状结构的Zig Bee组网方式, 由一个协调器和三个路由节点组成, 而且把路由节点即作为传感器数据采集节点, 又作为数据传输节点, 可以增强系统的网络覆盖范围。系统组网结构图如图4所示。
3 系统App设计
3.1 数据采集模块App设计
当协调器建立好Zig Bee网络后, 无线传感器节点首先进行自检加入网络, 然后将采集到的数据传送到前端协调器节点。协调器也可以发送命令到各个无线传感器节点来完成相关任务。无线传感器终端节点工作流程图如图5所示。
3.2 数据处理模块App设计
数据处理中心接收到数据后, 先将数据进行分类存储, 然后建立共享内存和链表, 在一定时间内通过串口转换来由线程接受各种环境参数信息, 以此唤醒数据库线程并将数据存入数据库。在此过程中, 若建立共享内存及链表超时, 数据处理中心会判断出超时的设备数据并且将其删除, 然后重新设定计数器。
数据库线程会对不同的环境信息进行分类存入相对应的位置, 方便人们对数据的查询与管理。同时, 数据库线程也会对数据进行处理, 如果是环境参数则对环境参数进行判断处理, 当数据超出设置阈值时, 数据处理中心会通过GPRS发送短信报警, 同时反馈命令给采集终端。数据处理流程图如图6所示。
3.3 数据处理模块App设计
系统监测平台共分为数据库设计和用户管理App设计两大部分。数据库是采用MicroSoft企业的Access2003来设计的。上位机监控App采用的是VC++6.0开发环境, 它提供了功能强大的MFC类库, 能够方便的进行数据显示、数据查询、数据修改、报警及串口参数设置等功能。系统监控界面如图7所示。
4 系统测试
将数据采集终端放在仓库的不同位置, 通过监控界面可以看出, 系统可以采集到仓储当前的温湿度及光照强度数据, 而且当这些数据超出设定的阈值后, 监控界面会发出警告, 管理人员收到报警短信, 同时相应的终端设备也会做出智能控制。系统测试时监控界面如图7所示。
5 结束语
通过实验证明, 本系统实现了对仓储的温度、湿度以及光照强度等环境数据的采集与监控, 而且能满足一定的精度要求, 解决了传统仓储环境监测难、灵活性差以及维护成本高等问题。系统结合了GPRS、互联网等资源, 搭建自动控制功能, 极大地保障货物的安全, 减少仓储的成本, 提高企业竞争力, 实现仓储系统的智能化。
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