基于無線網(wǎng)絡(luò)的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

陳穎　李騰++張宇

摘 要：文章研究了倉庫的監(jiān)測控制問題，提出了一種基于手機(jī)APP和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)，利用STC89C52單片機(jī)和多種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了倉庫溫濕度、二氧化碳濃度監(jiān)測和越限報(bào)警的功能。本系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中管理、實(shí)時(shí)性好、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，具有較大的市場應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；無線網(wǎng)絡(luò)；GSM短信模塊；倉庫監(jiān)控

引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)生活的極大豐富，人們對包裝食品、衣物等環(huán)境敏感性消費(fèi)品的需求不斷增加，對于儲存這些物品的倉儲環(huán)境的要求也日趨提高。在現(xiàn)代物流管理中，倉儲系統(tǒng)是重要的物流運(yùn)作載體，作為市場供應(yīng)鏈系統(tǒng)的重要節(jié)點(diǎn)，其智能化、信息化的實(shí)現(xiàn)具有重要意義[1-2]。國務(wù)院于《物流業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中強(qiáng)調(diào)：國家有關(guān)部門在未來三年內(nèi)將圍繞倉儲業(yè)法規(guī)建設(shè)、倉儲建設(shè)用地、綠色倉儲、減輕企業(yè)稅負(fù)、加強(qiáng)倉儲標(biāo)準(zhǔn)化與行業(yè)監(jiān)管等方面陸續(xù)研究出臺相關(guān)具體政策。由此可見，改進(jìn)傳統(tǒng)倉儲方法并引入新興科技及管理辦法，以便構(gòu)建智能倉儲環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其對于現(xiàn)代物流的重要意義不言而喻。

傳統(tǒng)倉儲環(huán)境監(jiān)控中，通常采用派遣員工檢測的人工方法，對存貨庫房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和調(diào)溫等工作，不僅效率低下不利于人才資源的充分利用，而且缺乏科學(xué)性，測試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大[3-4]。連續(xù)在線監(jiān)控的方法則存在監(jiān)測點(diǎn)分布廣泛、數(shù)量較多、位置和數(shù)目不定時(shí)變動的情況，其建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用較高，連接線路復(fù)雜，不易擴(kuò)展等缺陷更是無法適應(yīng)現(xiàn)今日趨提高的倉儲需求。此外，絕大多數(shù)現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)無法及時(shí)報(bào)警及實(shí)時(shí)告知入侵情況，對于目前倉庫、家庭等重要區(qū)域的安防需求日趨增高的現(xiàn)狀，傳統(tǒng)的人工防盜方法和現(xiàn)今落后的監(jiān)控系統(tǒng)已然不能滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控、有效防盜和及時(shí)報(bào)警的需求。目前，雖已有相關(guān)研究采用基于ZigBee的無線通信技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的倉庫環(huán)境智能監(jiān)控[5]，但是此種方法仍舊存在無線傳輸路由復(fù)雜，時(shí)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象、傳輸距離較短等問題，仍有改進(jìn)之處。

文章研究的基于短信技術(shù)的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)方案由倉庫檢測發(fā)送平臺和接收平臺組成，安裝在倉庫各個位置的發(fā)送平臺將探測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的接收平臺，同時(shí)接收平臺會將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給的移動設(shè)備，使管理員實(shí)時(shí)了解倉庫信息或采取有效的應(yīng)急措施。同時(shí)增設(shè)倉儲環(huán)境信息監(jiān)測模塊、系統(tǒng)通信及用于實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理的APP等功能，使本次研究更具有實(shí)踐價(jià)值，為實(shí)際應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

1 工作原理

本系統(tǒng)以STC80C52單片機(jī)為核心，以溫度、濕度、煙霧等各種傳感器為測量元件來采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，最終由內(nèi)部程序進(jìn)行處理。同時(shí)采集的數(shù)據(jù)將在MAX7219與6位數(shù)碼管組成的數(shù)據(jù)顯示模塊上顯示。在這之前根據(jù)需要設(shè)置一點(diǎn)的初始值，當(dāng)檢測到相應(yīng)參數(shù)超出單片機(jī)預(yù)設(shè)數(shù)值時(shí)就進(jìn)行溫度、濕度、聲光等方面的報(bào)警，同時(shí)利用GSM通信模塊，將以短信形式傳輸至移動終端，或以無線數(shù)據(jù)形式傳送到手機(jī)APP中，由持有者及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的智能控制。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是由單片機(jī)、多種傳感器模塊、繼電器等控制裝置、聲光報(bào)警裝置、GSM通信模塊等組成的“智能控制”的信息一體化系統(tǒng)。圖1為系統(tǒng)總體方案圖。該系統(tǒng)充分利用MQ-2煙霧傳感器控制模塊、溫濕度控制模塊、GSM手機(jī)通信模塊和MAX7219與6位數(shù)碼管組成的數(shù)據(jù)顯示模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)控測量并及時(shí)傳輸倉庫中的各種檢測到的環(huán)境參數(shù)，工作人員在智能手機(jī)APP或者短信中可以清晰地了解實(shí)時(shí)狀況。一旦檢測到的數(shù)據(jù)異常時(shí)，可人為地利用手機(jī)APP控制相關(guān)設(shè)備進(jìn)行工作或者停止工作，在無人的情況下進(jìn)行調(diào)整，直至系統(tǒng)反饋回的相應(yīng)參數(shù)達(dá)到正常范圍值。基于Android平臺開發(fā)的、用于監(jiān)測數(shù)據(jù)的APP，通過數(shù)據(jù)傳輸直接檢測相應(yīng)被控量，實(shí)現(xiàn)了移動智能終端軟件與控制系統(tǒng)硬件的分離，不僅深度挖掘了APP的使用價(jià)值，更是極大地?cái)U(kuò)展了整個系統(tǒng)的功能，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可控性。

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)以單片機(jī)作為總體控制核心，應(yīng)用無線通信技術(shù)及聲光、二氧化碳濃度、溫濕度等多種檢測技術(shù)，以SHT10、MQ-2作為檢測元件，智能手機(jī)APP，構(gòu)成倉庫監(jiān)測控制系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由STC89C52單片機(jī)、電源、時(shí)鐘電路等組成。信號采集模塊由溫度濕度傳感器電路、繼電器、數(shù)模轉(zhuǎn)換等模塊組成。系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)、nRF24L01無線模塊、MAX7219與6位數(shù)碼管組成的數(shù)據(jù)顯示模塊、A6型GSM通信模塊、聲光報(bào)警裝置、DS18B20溫度傳感器、SHT10濕度傳感器、MQ-2煙霧傳感器等多種模塊組成。

2.2 模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 GSM模塊

GSM模塊采用A6型號，可以在低功耗條件下實(shí)現(xiàn)短信息、語音通話等信息傳輸功能，還可按照要求內(nèi)置相應(yīng)客戶應(yīng)用程序，性能強(qiáng)大。智能手機(jī)的普及，信息技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)APP的廣泛應(yīng)用性，以及超低的通信成本，不受地域限制的無約束性，讓它與倉庫監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合起來是未來智能倉庫的發(fā)展趨勢，是時(shí)代的選擇。該監(jiān)控系統(tǒng)以各傳感器作為測量元件，以智能手機(jī)中的APP信息接收模塊或短信模塊作為接收終端，當(dāng)檢測到倉庫內(nèi)聲光異常或溫濕度等環(huán)境參數(shù)超過預(yù)設(shè)值時(shí)，手機(jī)會自動收取來自智能報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警短信或者內(nèi)部APP會自動收到相應(yīng)報(bào)警數(shù)據(jù)，經(jīng)由人為操控繼電器等相應(yīng)控制元件進(jìn)行反饋，這樣便可實(shí)時(shí)接收報(bào)警及準(zhǔn)確遠(yuǎn)程控制。

2.2.2 溫度檢測模塊

溫度傳感器采用DS18B20型號，該傳感器能夠通過其內(nèi)部的鉑熱電阻精確測量溫度，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將溫度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在不需要外加模數(shù)轉(zhuǎn)換的前提下，可以和單片機(jī)進(jìn)行通訊，測測量范圍較廣，精確度高，適合倉庫的管理。

2.2.3 MQ-2煙霧傳感器

煙霧傳感器采用MQ-2傳感器，具有較好的精度及穩(wěn)定性。MQ-2型煙霧傳感器采用二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體，以氧離子影響半導(dǎo)體電子密度，從而影響導(dǎo)電率這點(diǎn)工作原理可以獲得煙霧存在的信息，煙霧的濃度越大，導(dǎo)電率越大，輸出電阻越低，則輸出的模擬信號就越大，實(shí)現(xiàn)了對煙霧濃度的測量。

2.2.4 濕度檢測模塊

溫度檢測模塊采用SHT10傳感器，其監(jiān)測準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)。SHT10傳感器具有數(shù)字信號輸出、免調(diào)試等特點(diǎn)，濕度測量范圍：0～100%RH，濕度測量精度：±4.5%RH，節(jié)省I/O口線和A/D器件，信號的調(diào)理都在芯片內(nèi)部完成，實(shí)現(xiàn)了對溫濕度參數(shù)的精確測量。

2.2.5 A/D轉(zhuǎn)換模塊

A/D轉(zhuǎn)換器模塊采用ADC0809型號，該模塊穩(wěn)定性好、響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)。其內(nèi)部含有8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。包含通道地址譯碼鎖存器，輸出模塊帶三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器。輸出控制通道由繼電器、風(fēng)扇、MQ-2傳感器、聲光報(bào)警裝置等組成，可直接調(diào)節(jié)相應(yīng)環(huán)境參數(shù)。

2.2.6 顯示模塊

MAX7219與6位數(shù)碼管組成的數(shù)據(jù)顯示模塊，可供檢測人員于倉庫內(nèi)部現(xiàn)場了解倉儲信息。使用單片機(jī)的串口模塊與GSM模塊的連通，實(shí)現(xiàn)倉庫終端與智能手機(jī)端的數(shù)據(jù)傳輸，與設(shè)計(jì)開發(fā)出的安卓APP配合使用，能夠遠(yuǎn)程獲得倉庫數(shù)據(jù)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理倉庫。

2.2.7 nRF24L01無線模塊

nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，于2.4GHz～2.5GHz全球開放ISM頻段免許可證使用，具有功耗低，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。內(nèi)置頻率合成器、晶體振蕩器、調(diào)制器等多種功能模塊，通過SPI方式完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，用于無線傳輸數(shù)據(jù)，距離不遠(yuǎn)，一般只是能夠滿足小距離的傳輸，通過STC89C52單片機(jī)控制MAX7219在數(shù)據(jù)顯示模塊中顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。

2.2.8 鍵盤模塊

鍵盤模塊實(shí)現(xiàn)控制顯示、屏蔽無線通信、取消報(bào)警、設(shè)置不同用戶手機(jī)號等功能。根據(jù)倉庫存儲物需要的溫度、濕度等預(yù)先設(shè)定合適的閾值，超出閾值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。

3 軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)我們系統(tǒng)開機(jī)以后，設(shè)計(jì)好的軟件進(jìn)行工作，開始控制傳感器和各種反饋裝置對倉庫中的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)智能的調(diào)節(jié)。首先，傳感器監(jiān)測倉庫中的各種環(huán)境因素，同時(shí)會在6位數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示刷新。如當(dāng)檢測到CO2和粉塵濃度高于我們設(shè)定的初始值時(shí)，系統(tǒng)會將信息發(fā)送到智能手機(jī)APP上，當(dāng)接收指令后可以啟動風(fēng)扇、空調(diào)等控制器件，對環(huán)境進(jìn)行修繕。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

4 結(jié)束語

文章所設(shè)計(jì)的倉庫管理系統(tǒng)是一個針對倉庫倉儲環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測和控制系統(tǒng)，為的是能適應(yīng)未來倉庫的各種需求。將數(shù)據(jù)傳輸和傳感器檢測技術(shù)相結(jié)合，打造了新型的便捷型，實(shí)用型，準(zhǔn)確型，多樣型的智能化監(jiān)管系統(tǒng)，它完全可勝任人們對于倉庫存儲的要求，隨著人們對未來倉庫的需求與要求越來越高，倉庫在物流中也顯得尤為重要，該倉庫系統(tǒng)是在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展潮流下應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物。

參考文獻(xiàn)

[1]王璐超.基于WSN的倉儲環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京物資學(xué)院，2008.

[2]吳忻生，袁鵬.數(shù)字化倉庫遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，31（9）：31-34.

[3]姚志強(qiáng)，朱恒軍，都文和，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能倉庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，31（2）：86-88，97.

[4]張毅，段維俊，魏軍剛，等.基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的倉庫溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2013（6）：71-73.

[5]褚洪濤，閻波.基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國集成電路，2009，18（11）：73-76.

作者簡介：陳穎（1995-），女，本科生，主要研究方向：單片機(jī)系統(tǒng)。

李騰（1997-），男，本科生，主要研究方向：單片機(jī)系統(tǒng)。

張宇（1995-），男，本科生，主要研究方向：單片機(jī)系統(tǒng)。