倉庫溫濕度無線監控網絡研究

周峰

摘 要 溫濕度監控網絡是倉庫環境監控設備之一。鑒于對高精密器材的儲存環境要求和倉庫地理條件約束，基于zigbee無線網絡傳輸技術、現代測試技術、計算機控制技術設計了倉庫溫濕度無線監控網絡，對倉庫的溫濕度控制提出了解決方法。

【關鍵詞】zigbee 無線網絡 溫濕度 監控

倉庫溫濕度無線監控網絡（以下簡稱監控網絡）是針對倉儲技術現狀和其對環境溫濕度要求而研制的。主要用于庫房的溫濕度自動檢測和控制。

1 監控網絡的結構組成

監控網絡主要由現場溫濕度檢測與控制系統、zigbee無線網絡和監控中心三部分組成。

1.1 現場溫濕度檢測與控制系統

現場溫濕度檢測與控制系統是監控網絡的底層子系統，主要由溫濕度采集節點、溫濕度控制節點、底層路由、底層協調器和庫房監控終端組成，可在底層形成一個對單個庫房實現溫濕度自動監控的獨立系統，也可在聯網條件下作為整個系統的一個子系統。

（1）溫濕度采集節點主要由傳感器、信號調理電路、獨立電源、電源喚醒模塊及開關電路、Zigbee無線發送模塊組成。為使整個庫房測試數據的傳輸通過無線方式完成，溫濕度采集節點采用蓄電池獨立供電，而設計的無線喚醒開關機制，可使節點處于斷電休眠狀態，以保證獨立電源不需要頻繁更換或充電；信號調理電路主要完成信號的濾波，節點可通過配置對應的傳感器以適應檢測環境和對象的不同，當配置內置式溫濕度傳感器時，節點可用于分布檢測庫房環境溫濕度。

（2）溫濕度控制節點的主要功能是根據接收到的網絡執行指令，分別控制庫房風機、除濕機，同時將庫房風機、除濕機的運行狀態通過發送給庫房和監控中心終端顯示。

（3）底層協調器主要功能是接收底層路由的測試數據；同時，底層協調器又是底層網絡與上層網絡的連接器，它將底層測試數據打包上傳給上層網絡和庫房溫濕度監控終端，并對底層所有節點發送由監控中心和庫房溫濕度監控終端發出的執行指令和底層節點的喚醒指令。

（4）庫房溫濕度監控終端主要功能有：以組態形式顯示本庫房及室外各采集節點的溫濕度值，存儲本庫房歷史數據和記錄，提供本庫房溫濕度控制節點的“自動/手動”運行模式和數據定時采集的選擇和設定。

庫房溫濕度監控終端采用觸摸屏顯示模式，即使不與上層網絡組網，庫房溫濕度監控終端結合底層協調器和底層節點也可自行組成一個本庫房的溫濕度監控子系統，可根據本庫房的溫濕度情況報警，以“自動/手動”兩種模式實現庫房內除濕機、風扇的控制，達到庫房溫濕度的無人值守管理；而但管理員下班休息時，庫房溫濕度監控終端會自動將監控權限上交給監控中心。

1.2 zigbee無線傳輸網絡

無線傳輸網絡主要用于庫房溫濕度測試數據向監控中心的發送，并將監控中心的指令向底層傳輸。本系統選擇樹形拓撲結構的Zigbee無線傳輸網絡，它由一定數量的Zigbee路由器、上層終端和上層協調器構成。

（1）倉儲系統具有占地面積大，庫房分散的特點，本系統采用無線方式因為無線通信有著以下的優點：施工工作量小、成本低；移動方便，便于更新換代。在多種不同的無線通信協議中，本系統選擇Zigbee的依據是：Zigbee具有低功耗、容量大和布置靈活的優點。更重要的是，Zigbee節點可以實現硬件加密，確保系統的保密性能。

（2）Zigbee組網支持三種網絡結構：星形、樹形和網狀網絡。根據倉儲地形和庫房分布及網絡覆蓋范圍特點，本系統選擇樹形網絡結構，并按照其布置路由。

（3）Zigbee路由器的功能是轉發數據并實現動態自組網。在確定網絡拓撲結構的基礎上，路由器設計為市電和太陽能雙供電模式，這種設計利于利用現有電源，而且使路由的布置更加靈活，以適應庫房分布環境的復雜性。Zigbee允許最大網絡深度為14級路由，在空曠條件下覆蓋范圍直經達20km，現場試驗表明：對于大型倉庫，從監控中心到達最遠庫房所需的路由數少于7個，不超過最大網絡深度的一半。

（4）上層終端的功能是實現與底層協調器的實時通訊，完成底層數據向路由的發送并接受路由下發的監控中心指令轉發給底層協調器的任務；上層終端與底層協調器采用RS422協議，與路由的通訊采用Zigbee無線協議。

（5）上層協調器放置在監控中心。其功能是通過無線實現與路由的通訊并通過有線方式實現與監控中心計算機的連接，可將監控中心的指令通過無線發送給上層路由并將路由數據上傳給監控計算機顯示。

1.3 監控中心

監控中心主要包括監控計算機和投影系統，其技術核心為值班數據監控軟件和組態。

1.3.1 軟件設計環境

監控軟件的設計環境為Visual Studio 2010，是微軟公司推出的開發環境，它向用戶提供控制臺和圖形化人機界面等開發方式。

1.3.2 監控軟件組件設計

（1）數據曲線圖：庫房數據曲線圖包含了平均溫度及平均濕度曲線；節點數據曲線圖包含了節點溫度、環境濕度以及節點包裝袋內濕度曲線。可將每個監控節點數據按照某一個數據指標進行曲線圖繪制，折線圖顯示的是最近數據，把鼠標移到點上，會顯示時間和數據。數據曲線圖在顯示數據時也分為動態調用和靜態調用，動態調用用來顯示實時數據，靜態調用用來顯示節點歷史數據。

（2）數據表格：以列表的形式顯示監測節點電量情況、在線情況和報警信息等，單擊“查看”可以看到某節點的具體情況，當采集到的溫濕度數據超出報警閥值范圍時，表格中“溫濕度報警”一欄會被標記為特殊顏色背景。

2 結語

本系統主要是針對倉儲的特點和需求，并結合倉儲溫濕度檢測系統的不足，結合未來需求，以實現溫濕度監控無人值守和管理為目標來研制的。本系統設計了集整個庫區監控系統為一體的溫濕度監控中心軟件和硬件，可以和各倉庫的其它監控系統有機結合，通過監控中心即可以實現整個庫區及各庫房溫濕度的有效監控。可完成各種庫存環境下的器材封存溫濕度自動監控。

參考文獻

[1]王小強，歐陽駿，黃寧淋編著.Zigbee無線傳感器網絡設計與實現[M].北京：化學工業出版社，2012.

[2]Zigbee技術開發 Z-Stack協議棧原理及應用.QST青軟實訓編著[M].北京：清華大學出版社，2011.

[3]Zigbee技術開發 CC2530單片機原理及應用.QST青軟實訓編著[M].北京：清華大學出版社，2012.

作者單位

國防科技大學機電工程與自動化學院 湖南省長沙市 410073