基于物聯網的智能倉庫安全管理系統設計

鄭冰欣

（西北民族大學，甘肅 蘭州 730124）

近年來，隨著社會經濟的快速發展，以智能手機和平板電腦為代表的智能化終端已經迅速普及，基于寬帶無線互聯網的新業務和應用也不斷涌現。對于工業界而言，如何充分利用現代信息技術來進一步提高生產效率，降低成本和提高產品競爭力已經成為關注的熱點。特別是隨著倉庫的智能化管理在產業鏈中對資源配置速度及勞動時間影響的日趨增加，企業對于倉庫的智能化管理要求不斷提高。但是已經提出的產品或解決方案普遍存在著若干缺點，致使一些小型企業無法實現智能化，包括部分系統造價昂貴，操作復雜，企業花費巨大。而倉庫安全問題一直是倉庫管理中的重要課題之一。隨著物聯網技術的發展，倉庫管理系統逐步邁向自動化、智能化。本設計基于Linux操作系統，應用各類傳感器實時監測倉庫環境，并在緊急情況自動向管理員報警。在減少勞動力的同時，為倉庫管理員帶來低成本、高效率、高安全性的倉庫智能化安全管理。

1 系統總體設計

1.1 系統硬件組成

本設計由智能語音系統和環境檢測系統以及自動報警系統組成。其中，智能語音系統以樹莓派為核心控制器，其外接音響及無線藍牙模塊。環境檢測系統主要由溫濕度檢測模塊、煙霧濃度檢測模塊組成，對倉庫環境信息進行實時采集。而自動報警系統以51單片機為核心控制器，蜂鳴器模塊等元件組成，達到一定條件進行報警。最終，以上系統通過藍牙技術無線通信，實現倉庫安全管理系統的智能化。其系統框如圖1所示。

1.2 系統工作原理

基于物聯網語音技術的智能倉庫安全管理系統選用Raspberry Pi為核心控制器控制智能語音系統。而在倉庫內則選用操作簡單、低成本、低功耗的51系列單片機進行控制，確定溫濕度傳感器、煙霧濃度傳感器以及蜂鳴器等電子元器件的裝配，實時采集倉庫環境數據。當數據超出設定閾值范圍，倉庫管理員辦公室的蜂鳴器報警，并語音播報相關情況，例如“警報！警報！煙霧濃度超標，請盡快處理”，從而確保險情得以及時控制。

2 硬件的設計與實現

2.1 硬件電路設計

本設計選用數據處理速度快，可音頻解碼的樹莓派作為語音系統的核心控制器。鑒于倉庫環境檢測只需采集煙霧濃度及溫濕度狀態等簡易數據，本設計選用低成本、低功耗、高可靠性的51系列單片機為倉庫安全管理系統的核心，再以安全性高、價格較為低廉的藍牙模塊為無線收發裝置連接到控制語音系統的樹莓派上。其硬件結構如圖2所示。

圖1 系統框

圖2 硬件結構

2.2 煙霧濃度模塊及溫濕度模塊

本設計選用MQ-2煙霧傳感器，其靈敏度高、響應快、穩定性好、壽命長、驅動電路簡單，屬于二氧化錫半導體氣敏材料。MQ-2的4腳輸出隨煙霧濃度變化的直流信號，被加到比較器U1A的2腳，Rp構成比較器的門檻電壓。當煙霧濃度較高輸出電壓高于門檻電壓時，比較器輸出低電平（0 V），此時蜂鳴器進行報警，通知倉庫管理員“急救”。

此外，本設計還選用DHT11，其為一款有已校準數字信號輸出的溫濕度傳感器，其精度濕度±5%RH，溫度±2 ℃，量程濕度20%～90%RH，溫度0～50 ℃，可準確采集倉庫的溫濕度情況將采集到的溫濕度實時發送給51單片機，若超出設定范圍，則將對應ID號發送給倉庫管理員，音響根據ID號進行特定語音播報。

2.3 藍牙模塊及WiFi模塊

樹莓派外接WiFi無線模塊進行連網，可快速處理大量音頻信號。由于樹莓派是基于Linux平臺的，故在初始接入WiFi模塊時，需通過putty等遠程連接的方式對WiFi進行wpa-ssid和wpa-psk等配置。考慮到數據傳輸效率與倉庫環境的安全性問題，選用藍牙技術進行語音及指令的傳輸，不僅保障了用戶的隱私安全，而且達到實時獲取倉庫內溫濕度及煙霧濃度等環境信息。

3 軟件設計

軟件設計部分可分為主流程模塊和功能模塊（見圖3）。主流程模塊主要負責系統初始化、信號的識別、流程的控制。而系統的初始化包括系統配置文件的加載，語音系統初始化，相關模塊的加載。而功能模塊主要負責采集數據和分析數據。當相關模塊采集數據超出設定范圍時，將進行信號識別，系統根據ID號能夠識別信號的來源，經由百度語音平臺將對應語句播報為語音信息，及時提醒倉庫管理員倉庫不良環境或是可能發生的險情。其中，在借助百度語音平臺的語音合成等技術時，可參考該平臺開源代碼，設計者申請并修改APP ID，API_KEY和SECRET_KEY的值即可使用。

圖3 軟件流程

4 結語

本設計將倉庫安全系統與智能語音技術相結合，在節省勞動力投入的同時，使倉庫安全管理更加效率化、智能化。本設計運用藍牙無線通信技術，較ZigBee開發技術簡單，適用于倉庫與倉庫管理員辦公室的短距離連接，且安全性高。可以廣泛用于各類型中小型倉庫，低成本，低功耗，具有一定的研發價值。

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