基于Arduino的物流實驗體系建設

摘 要 現在物流項目的設計和運作基本上都與物聯網密切結合在一起，物聯網是通過各種傳感設備把物品與互聯網連接起來，進行信息交流，Arduino開源硬件底層信息完全公開，而且共享資源較多，學習Arduino單片機非常簡便，完全不需要了解其內部硬件結構和寄存器設置，只要知道它端口的作用即可，本文論述了Arduino應用于物流實驗的必要性和可行性，以及基于Arduino的物流實驗體系構建方案。

關鍵詞 Arduino 物流 實驗教學

中圖分類號：F224 文獻標識碼：A

一、Arduino概述

Arduino 是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的arduino板）和軟件（arduino IDE）。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環境。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，收錄進微控制器。對Arduino的編程是利用 Arduino編程語言 （基于 Wiring）和Arduino開發環境（based on Processing）來實現的。Arduino與Adobe Flash， Processing， Max/MSP， Pure Data， SuperCollider等軟件結合，作出互動作品。Arduino可以使用現有的電子元件例如開關或者傳感器或者其他控制器件、LED、步進馬達或其他輸出裝置。 Arduino可以獨立運行，并與軟件進行交互，例如：Macromedia Flash， Processing， Max/MSP， Pure Data， VVVV或其他互動軟件。Arduino開發IDE接口基于開放源代碼原，可以開發出更多杰出的互動作品。

二、Arduino應用于物流實驗的必要性和可行性

（一）Arduino應用于物流實驗的必要性。

現在物流項目的設計和運作基本上都與物聯網密切結合在一起，物聯網是通過各種傳感設備把物品與互聯網連接起來，進行信息交流，以實現智能化識別、定位、跟蹤和監管的一種網絡。它可廣泛應用于各行各業，例如把各種配套傳感器嵌入或裝載到電網、大壩、橋梁、鐵路、公路、隧道、建筑、油氣管道、供水系統等各種設施中，形成物聯網，通過無線信息的收發，實現通訊和監管，并且不用數據線，成本低，使用便利。

物流實驗系統在實際應用過程中需要集成多種傳感器模型及無線組網模式，需要實現多種物聯網架構。其中，硬件設備包括微型無線傳感器、通用傳感器及被控對象、GPRS網絡設備、嵌入式網關、低功耗WiFi、藍牙及其他配套設備。軟件資源包括無線傳感器網絡軟件、嵌入式網關軟件、PC數據管理與分析軟件。實驗資源包括基于控制器的基礎實驗、無線信號收發實驗、傳感器信息采集實驗、ZigBee/GPRS/Wi-Fi/藍牙等等網絡通訊實驗及組件控制實驗等等，有效學習和利用這三部分資源，可為物流項目的設計和應用打下堅實的基礎，并能通過不同特性的傳感器，不同組成架構的網絡，研發出更多實用性強的物聯網應用模式。

（二）Arduino應用于物流實驗的可行性。

學習Arduino單片機非常簡便，完全不需要了解其內部硬件結構和寄存器設置，只要知道它端口的作用即可；因此不需要硬件知識，只要會C語言就可很快為Arduino單片機編程。Arduino軟件語言為精簡式指令系統，需要掌握的指令不多；但它的功能卻很強大，往往一條指令就可以完成一整套操作，并且指令的可讀性很強，是低難度的語言容易掌握。針對周邊I/O設備的Arduino編程，由于很多I/O設備都隨之帶有庫文件或樣例程序，所以自己編程中，可以引用庫文件中的函數或復制樣例程序，然后修改其中的參數，就可迅速編寫出大段的復雜程序，從而加強編程能力。Arduino開源硬件不僅是其底層信息完全公開，而且相關產品的應用資訊可以從Arduino網站、博客里的共享資源里獲得，所以在共享資訊的輔助下，能激發創作者創意作品的靈感，并加快創作作品的效率。國內開源硬件的制造能力非常強，他們提供了豐富的質優價廉Arduino及周邊產品，所以在國內學習和應用Arduino具有得天獨厚的硬件資源優勢。最后，甚至可以不花錢買硬件設備，通過仿真的方法就可以體驗Arduino系統，目前最流行的單片機仿真軟件當屬Proteus。

三、基于Arduino的物流實驗體系構建

（一）基于Arduino的物流實驗條件搭建。

硬件條件：計算機，arduino uno 控制板，優質面板，3mm LED 發藍色光發光二極管，3mm LED 發紅色光發光二極管， 3mm LED 發白色光發光二極管，3mm LED 綠色光發光二極管，溫度傳感器LM35D，金屬膜電阻220歐，光敏電阻5537，1k單聯電位器，高靈敏度傾斜開關滾珠開關，5v有源蜂鳴器，0.56寸一位共陽極數碼管，微動開關按鍵開關，面板跳線，USB方口線，最新火焰傳感器模塊，最新5v步進電機，最新ULN2003電機驅動板，最新聲音傳感器，最新HC-SR04超聲波測距模塊，元件收納盒，以太網，杜邦線，藍牙，RFID，無線網絡的XBee， GPS等各種通訊模組。

軟件條件：arduino安裝文件。Protues7.10軟件是英國Labcenter Electronics公司出版的EDA工具軟件，不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件，是目前最好的仿真工具。

（二）基于Arduino的物流實驗項目設置。

Arduino與傳感器數據讀取：（1）如何使用模擬型傳感器——光敏傳感器電子積木（模擬模式）；（2）如何使用數字型傳感器——光敏傳感器電子積木（數字模式）；（3）如何使用單線接口傳感器——DTHll溫濕度傳感器。

Arduino的通信接口與外圍模塊：（1）如何使用Arduino的SPI接口即SD卡模塊；（2）如何使用Arduino的I2C接口即RTC時鐘模塊；（3）如何使用Arduino的UART接口即串口1602顯示屏模塊。

Arduino控制機電設備：（1）如何使用Arduino控制繼電器；（2）如何使用Arduino控制直流電機；（3）如何使用.Arduino控制步進電機。

Arduino設備間通信：（1）PT2262/2272通信方式；（2）Nordic24L01通信的方式。

（三）基于Arduino的物流實驗方法。

物聯網是全球網絡的基礎設施，利用云計算、數據搜集和網絡通信連接實體物體和虛擬物體。物聯網允許設備之間進行信息訪問、交流、通信、儲存和檢索數據，與用戶進行互動，從而創造隨處隨時可用的智能聯機環境。雖然物聯網尚處在初級階段，但已存在一些可利用的開放式平臺，可以實現遠程無縫管理并顯示傳感器數據，如Pachube、谷歌應用程序、Nimbits、數據記錄器，以及ThingSpeak等等。

Arduino 使用上述所有工具，它是一款極其靈活并且很實用的微型控制器和開發環境，不僅能用于控制設備，還能用于讀取各種傳感器上的數據。Arduino 具有的簡單可操作性和可擴展性，再加上用戶的廣泛使用，帶來了一系列硬件擴展和軟件庫的開發，實現了使用互聯網進行有線通信和無線通信。在實驗物聯網方面，Arduino 是一款理想的開放式硬件平臺。

使用Arduino 構建物聯網時，需要學習物聯網的基本概念和特征，并制定利用Arduino 平臺的項目方案。學習有關云計算、傳感器讀取和把Arduino 連接至互聯網上的基本概念，還要學習使用最流行的開放式平臺來管理Arduino的傳感器數據，學習如何遠程觸發執行器，以及如何使用云服務改編Arduino。

（作者單位：長江大學管理學院）