基于物聯網技術的倉儲環境感知系統設計

張澤建，王曉東，晏　芳

（湖北物資流通技術研究所，湖北　襄陽　441002）

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基于物聯網技術的倉儲環境感知系統設計

張澤建，王曉東，晏芳

（湖北物資流通技術研究所，湖北襄陽441002）

分析了基于物聯網技術的倉儲環境感知系統的功能及其主要構成中智能節點網絡、傳輸網絡、軟件平臺的設計重點，針對該系統設計中關鍵技術的實現，詳細闡述了終端節點、終端協調器節點以及傳感器網絡的設計，為物聯網技術在倉儲管理中的應用提供參考與借鑒。

物聯網技術；倉儲環境；感知系統

1　基于物聯網技術的倉儲環境感知系統設計

基于物聯網技術的倉儲環境感知系統通過研究ZigBee、協議、傳感節點、協調器節點等開發出一套由多個傳感器終端節點組成的無線傳感器網絡，立體全面地感知倉儲環境。系統的具體實現是利用壓力、煙霧、溫濕度等傳感器采集倉庫環境信息，利用無線傳感節點構建無線網絡將傳感器采集的數據通過無線網絡傳輸至計算機；然后上位機應用軟件通過串口、WIFI信號將接收到的傳感器數據儲存至數據庫，并將數據進行顯示、分析，發出警報或指導下一步操作。

基于物聯網技術的倉儲環境感知系統可以對倉庫的環境如溫度、濕度、光照、PM2.5、CO2濃度、震動等參數進行多區域、多層次、多參數感知和處理，其結果由授權的網絡用戶以瀏覽器的形式進行操作與查詢。模擬倉庫布置結構圖如圖1所示。

系統功能主要包括兩大部分：數據采集和傳輸；數據接收和處理；數據采集和傳輸主要是終端傳感器節點和協調器節點。終端傳感器節點是由“處理器+傳感器”構成，實時監測溫濕度、CO2濃度、光照度等環境參數；網關是無線傳感器網絡和外部進行交換的樞紐，關系到監測區域內的各種數據能否正確有效地傳輸到本地計算機或服務器。完成倉庫溫濕度、防火、防盜相關信息的采集、處理和發送。數據接收、處理部分主要是通過數據庫和系統軟件平臺將傳感器采集的數據接收存儲至本地計算機，并顯示在系統軟件平臺上，完成倉庫環境數據的監測、分析。

1.1智能節點網絡

部署帶有傳感器的智能節點，依據倉庫溫濕度、防火、防盜監測的基本功能來選用傳感器，包括煙霧、熱釋紅外、振動、光照、CO2、溫濕度、壓力等類型傳感器。防盜型傳感器節點主要布置在倉庫門窗附近；防火型傳感器節點視具體情況而定。其中，各節點均內置鋰電池供電，也可通過外置12V電源供電并給內置鋰電池充電。

傳輸網絡用來采集倉庫的環境信息如溫濕度、人員的進出等，及時處理數據并根據自身路由協議，將環境信息匯聚到網關，網關將接收到的數據信息處理后傳輸到本地計算機或通過網絡供他人訪問，網關也可以接收上位機的命令，控制傳感器節點，如圖2所示。

以傳感節點為基礎，進行無線傳感網絡搭建，實現節點數據采集、節點與網關的通信以及網關的聯機功能。各節點工作信號頻率為2.4GHz，采用ZigBee通信協議，其中，ZigBee應用層和網絡層協議的技術標準是IEEE 802.15.4，網關和本地計算機采用RS232全雙工、無流控的通信方式。

圖1　倉庫布置結構圖

1.3軟件平臺設計

應用軟件的主要功能是向傳感器網絡收發信息，同時建立與管理環境感知數據庫和傳感器終端節點配置數據庫。操作界面中“串口連接”、“無線連接”為交互頁面；“倉庫視圖”、“查詢”、“菜單”導航欄可以打開系統的配置和查詢頁面，可以查詢監測數據的實時數據和歷史數據。

串口連接：選擇串口號和波特率，建立連接就可以連接終端節點，實時顯示終端節點監測的數據。

無線連接：輸入IP地址和端口號，建立連接就可以連接終端節點，實時顯示終端節點監測的數據。

查詢-歷史數據：選取時間段或時間點和要查詢的節點DSA，即可以查詢該節點的光照、二氧化碳、溫度、濕度、煙霧報警等信息。

我們沒有祖國可以回歸。我們被一些不確定的闡釋，被一群過度敏感者過度闡釋的世界所包圍。在這種情況下，徐浡君在他的作品中摻入了一種能讓他墮入其中，卻不會被耗盡的敏感，或者說感覺，為了棲居扎根，為了與文化更靠近，或者喬裝成文化，這種感覺也是一種理解力，超越了事物的融和與差別，單純和忍讓。

查詢-歷史曲線：選取時間段或時間點和要查詢的節點DSA以及要查詢的類型，即可以繪制該節點的光照、二氧化碳、溫度、濕度、煙霧報警等曲線信息。

倉庫平面圖：顯示倉庫的平面信息，顯示各個節點在倉庫中的位置，當節點發生故障時也容易發現和處理。

圖2　無線傳感器網絡結構示意圖

2　系統中關鍵技術的實現

2.1終端節點設計

終端傳感器節點由CC2430處理器模塊、（各種）傳感器、存儲器模塊和電源模塊組成。終端傳感器節點的硬件結構圖如圖3所示。

（1）CC2430核心處理器模塊。核心處理器模塊采用高性能的CC2430及低功耗的8051的控制器進行集成。核心處理器模塊擁有不同的內存空間：處理器的代碼區、處理器的數據區和處理器的寄存器區，不同的內存空間可以將采集的數據和代碼進行分離，從而提高對內存的讀寫速度。

圖3　終端傳感器節點框圖

（2）傳感器。溫濕度、光照、CO2、壓力等各種傳感器節點都可以通過總線與CC2430相連接，多種傳感器節點可以一起連接在一個CC2430處理器上，監測多種數據。

（3）存儲器模塊。存儲器模塊核心芯片是AT45DB041，通過SPI輸入端直接接入CC2430。存儲器模塊包含2 046頁×264 B Flash存儲單元，可以存儲CC2430接入的各種傳感器監測到的數據。

（4）電源模塊。電源模塊采用固定電源和電池供電兩種，對于環境簡單、位置相對固定的倉庫采用固定電源供電；環境復雜，監測點需要移動的采用電池供電。固定電源供電選用AH805升壓穩壓器，將3V電壓升高至5V；電源部分提供3V和5V兩種電壓，3V電壓為CC2430供電，5V電壓為外圍電路供電。CC2430的ADC模塊采樣P0端口引腳上的輸入電壓或AVDD_SoC引腳上的1/3電壓，監測電源電壓是否在CC2430工作電壓2.0～3.6V范圍內，如果超出則發出報警信號。

2.2終端協調器節點設計

終端協調器節點與終端傳感節點結構類似，同樣也包含有處理器模塊、存儲器模塊和電源模塊，節點同時提供串行接口和以太網接口，其硬件結構的設計如圖4所示。

圖4　終端協調器節點框圖

（1）處理器模塊和存儲器模塊。處理器模塊和存儲器模塊與傳感終端節點結構相同。

（2）以太網口。節點使用DM9161作為以太網物理層接口，具有低功耗、高性能特點，支持10MB/s、100MB/s的以太網傳輸，通過接口可以進行編碼、譯碼、數據輸入和數據輸出，將終端協調器節點連接至上位機或將終端協調器節點連接至無線網絡，即可實現節點的遠程連接。

（3）232串行接口。串行接口模塊采用通用的串口，即MAX3232及COM口共同組成。將CC2430的串口端與MAX3232相連接，進行電平的轉換；通過COM口與計算機進行通信，發送和接收數據。

（4）電源模塊。由于協調器節點能量消耗較大，未保證數據傳輸的及時性和準確性，由室內電轉換后提供電源。

2.3傳感器網絡設計

傳感器網絡拓撲使用網狀結構，網絡節點均為全功能設備。計算機通過協調器節點向傳感器網絡發布感知指令，傳感器終端節點將感知數據通過動態路由快速傳至協調器節點，轉至計算機進行管理。

（1）ZigBee無線網絡拓撲結構。系統選用ZigBee網狀拓撲結構，所有節點均采用FFD設備，其中一個作為網絡協調器，其余為具有路由器功能的傳感器終端。網狀網絡覆蓋范圍大，網絡拓撲結構中的每一個節點即可以作為終端傳感器節點又可以作為路由器，保證路徑的優化和可靠性。

（2）ZigBee協議的編程。ZigBee協議棧的各個層都需要有自己的FSM（有限狀態機）來追蹤后期的操作，而最頂層的狀態需最初調用apsFSM（）函數，進行初始化使協議棧運行。

節點如果作為協調器節點將該節點定義為COORDINATOR；若作為路由器節點則需該節點定義為ROUTER；如果該節點作RFD節點，則不需要定義。無線網絡拓撲結構中的協調器節點與終端傳感器節點形成網絡，則需要不斷循環和調用apsFSM（）來運行協議棧。通過調用aplFormNetwork（）服務和函數aplGetStatus（）的返回值來判斷服務是否調用成功。

應用程序通過調用aplSendMSG（）函數發送信息包，調用aplGetRxDstEp（）//返回目的端點、aplGetRxRSSI（）//返回收到消息的信號強度、aplGetRxMsgLen（）//返回消息長度、aplGetRxSADDR（）//返回源端點的3總結

短地址等函數來接收數據。

基于物聯網技術的倉儲環境感知系統克服了傳統倉儲環境監測系統的諸多缺點和弊端，其通用性、安裝和使用的方便程度都大大優于其他測控系統，可廣泛用于各個行業的儲備型倉庫，如水果倉庫、藥品倉庫、危化品倉庫等。同時若將系統實時監測的數據通過網絡與云端相連，可將系統推廣應用到貨物的運輸過程中，對運輸車輛進行實時監控、報警，保證貨物的安全性和運輸質量。本系統的推廣應用，可以提升倉儲業的現代化管理水平，降低倉儲成本，提高物流服務質量，從而推動物流業進入“智能時代”，實現智能互動。系統采用無線技術，還可以節約大量電線電纜，減少環境污染。

［1］董永勝.基于無線傳感器網絡的溫室環境監控系統研究［J］.微型機與應用，2010，（9）.

［2］胡慶新，程陣.基于ZigBee的無線傳感器網絡定位系統的設計［J］.電子技術應用，2009，（11）.

［3］李珊珊.基于ZigBee的無線傳感網絡節點設計與實現［D］.長沙：湖南大學，2013.

［4］張秋.無線傳感器網絡在倉儲環境監測中應用的研究［D］.江蘇：江南大學，2013.

［5］艾海峰.ZigBee的倉儲環境監測無線節點設計與實現［D］.成都：電子科技大學，2013.

［6］李修華，秦昕，何成就，等.基于ZigBee無線傳感器網絡的倉儲監控系統的設計［J］.山東工業技術，2015，（9）.

Design of Warehouse Environment Sensing System Based on IOT Technologies

Zhang Zejian，Wang Xiaodong，Yan Fang
（Hubei Research Institute of Logistics Technology， Xiangyang 441002， China）

In view of the problems with the traditional warehouse environment monitoring system， we proposed to integrate the IOTtechnologies， ZigBee technology and RFID technology， etc.， into the warehouse environment sensing system so as to improve the warehouseenvironment and the level of warehouse management and promote the development of the logistics industry.

IOT technology； warehouse environment； sensing system

F259.2；F724.6

A

1005-152X（2016）08-0119-03

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.08.030

2016-07-15

城鄉一體化商業服務網絡建設關鍵技術研究與示范（2014BAL07B01）

張澤建（1982-），男，湖北襄陽人，湖北物資流通技術研究所工程師，研究方向：物流技術；王曉東（1966-），男，河南方城人，高級工程師，研究方向：自動控制；晏芳（1981-），女，湖北襄陽人，湖北物資流通技術研究所工程師，研究方向：物流技術。