一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)協(xié)同監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王松林

（安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系 安徽蕪湖 241002）

傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)安防系統(tǒng)多數(shù)是重復(fù)地安裝監(jiān)控設(shè)備，或者是添加一些無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)、電子巡更等各類系統(tǒng)信號(hào)、控制信號(hào)都是在各自不同網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)脑O(shè)備，從當(dāng)前的使用情況來(lái)看，存在一些問(wèn)題：系統(tǒng)管理效率低。多個(gè)安防子系統(tǒng)導(dǎo)致運(yùn)維成本、人員培訓(xùn)成本增加；事件管理時(shí)效性差。大量視頻圖像靠人工24小時(shí)監(jiān)看，主客觀因素導(dǎo)致24小時(shí)監(jiān)看約等于無(wú)人監(jiān)看。而且海量視頻數(shù)據(jù)，人工查詢費(fèi)時(shí)費(fèi)力。對(duì)突發(fā)事件，無(wú)法及時(shí)提醒，不能快速處理；人員控制管理能力低。生產(chǎn)禁區(qū)、高危倉(cāng)庫(kù)等特定區(qū)域無(wú)有效限制訪問(wèn)，無(wú)法掌握無(wú)關(guān)人員接近情況。無(wú)法管理訪客人員流動(dòng)情況，訪客進(jìn)入研發(fā)區(qū)等特殊區(qū)域也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

在倉(cāng)儲(chǔ)安防監(jiān)管方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者劉治紅、駱云志等提出一種新型的智能視頻監(jiān)控技術(shù)[1]。雷梁開(kāi)發(fā)了基于ZigBee技術(shù)和Internet技術(shù)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)[2]。顧曉莉研究了面向第三方智能倉(cāng)儲(chǔ)的RFID中間件[3]。畢紅梅研究了第三方智能倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)[4]。張仁彬等集成運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)管理內(nèi)容的互聯(lián)[5]。馮亮等通過(guò)對(duì)貨物的智能化管理，還可以提高倉(cāng)儲(chǔ)空間的利用率，使企業(yè)實(shí)時(shí)了解有關(guān)庫(kù)存情況[6]。章瑾結(jié)合PDA和Web Service技術(shù)，收倉(cāng)庫(kù)安防管理的自動(dòng)化和集成化[7]。

這些依賴于人工和半自動(dòng)化的倉(cāng)儲(chǔ)安防協(xié)同管理系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足企業(yè)的要求，本文給出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)協(xié)同監(jiān)管系統(tǒng)。系統(tǒng)包含倉(cāng)庫(kù)門禁管理子系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)刷卡驗(yàn)證子系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)安防管理子系統(tǒng)、安防移動(dòng)移動(dòng)端。系統(tǒng)綜合集成視頻監(jiān)控、報(bào)警和環(huán)境監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)管理員、保安、用戶在門禁管理、安防管理、環(huán)境監(jiān)控等環(huán)節(jié)的手機(jī)端、PC端協(xié)同監(jiān)管。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包含倉(cāng)庫(kù)門禁管理模塊、倉(cāng)庫(kù)刷卡驗(yàn)證模塊、倉(cāng)庫(kù)安防管理模塊、安防移動(dòng)移動(dòng)端。倉(cāng)庫(kù)門禁管理模塊，完成倉(cāng)庫(kù)管理端發(fā)卡程序，使用桌面高頻讀寫器完成發(fā)卡操作，發(fā)卡成功后將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。其中發(fā)卡內(nèi)容包括卡號(hào)、次數(shù)、日期。倉(cāng)庫(kù)刷卡驗(yàn)證模塊在用戶進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)時(shí)，使用分發(fā)的高頻卡作為入場(chǎng)憑證，系統(tǒng)驗(yàn)證卡片的卡號(hào)、次數(shù)、日期，如果驗(yàn)證成功，系統(tǒng)對(duì)用戶進(jìn)行拍照，并將拍照的圖片數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)提示用戶驗(yàn)證通過(guò)可以進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)。倉(cāng)庫(kù)安防管理模塊使用紅外對(duì)射、火焰、煙霧等物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的安防管理系統(tǒng)，當(dāng)紅外對(duì)射檢測(cè)到有非法入侵，或者檢測(cè)到有火焰、煙霧時(shí)報(bào)警燈閃爍，系統(tǒng)通過(guò)Socket通訊方式通知安防移動(dòng)移動(dòng)端，安防移動(dòng)系統(tǒng)接到通知后，可關(guān)閉報(bào)警燈。安防移動(dòng)端監(jiān)聽(tīng)倉(cāng)庫(kù)安防管理服務(wù)端發(fā)送的警情，實(shí)現(xiàn)保安對(duì)倉(cāng)庫(kù)的實(shí)時(shí)防衛(wèi)。同時(shí)在安防移動(dòng)端可以實(shí)時(shí)獲取ZigBee四通道溫濕度值等倉(cāng)庫(kù)環(huán)境數(shù)據(jù)，方便倉(cāng)管人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)看倉(cāng)庫(kù)是否有異常情況。

系統(tǒng)的PC端實(shí)現(xiàn)門禁發(fā)卡、刷卡驗(yàn)證、安防管理三個(gè)模塊，系統(tǒng)移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)了安防報(bào)警和環(huán)境監(jiān)控兩個(gè)模塊，系統(tǒng)的服務(wù)端由基于C#的一般處理程序開(kāi)發(fā)，提供相關(guān)接口供PC客戶端和Android客戶端調(diào)用。服務(wù)端和客戶端之間交互采用JSON數(shù)據(jù)格式。系統(tǒng)層次架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)層次架構(gòu)圖

二、系統(tǒng)主要通訊協(xié)議定義

（一）系統(tǒng)無(wú)線傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器上傳數(shù)據(jù)格式。無(wú)線傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器上傳數(shù)據(jù)格式如表1所示：

表1 無(wú)線傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器上傳數(shù)據(jù)格式

其中HEAD：數(shù)據(jù)頭，固定為0xfe，LEN：數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，ADRL開(kāi)始到CHK前一個(gè)字節(jié)的字節(jié)數(shù)，CMD0：命令類型，固定為 0x46，CMD1：命令類型，固定為 0x87，ADRL：傳輸信息源節(jié)點(diǎn)的短地址低8位，ADRH：傳輸信息源節(jié)點(diǎn)的短地址高8位，DTYPEL：數(shù)據(jù)類型低位，固定為0x02，DTYPEH：數(shù)據(jù)類型高位，固定為 0x00，DLEN：[SDATA]的長(zhǎng)度，REV：保留，固定為0x00，CHK：校驗(yàn)碼，從LEN開(kāi)始到CHK前一個(gè)字節(jié)的所有字節(jié)依次按字節(jié)異或的值。SDATA：傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)包，多字節(jié)。

SDATA的格式如下：INTEMP+INVOL+PARADRL+PARADRH+[SENSORDATA]。INTEMP:內(nèi)部溫度，INVOL：內(nèi)部電壓，PARADRL：父節(jié)點(diǎn)短地址低字節(jié)，PARADRH：父節(jié)點(diǎn)短地址高字節(jié)，SENSORDATA：傳感數(shù)據(jù)，多字節(jié)，允許沒(méi)有。SENSORDATA傳感數(shù)據(jù)的格式如下：

LGTYPE+SORL+SORH+STYPE+SORDATA

LGTYPE:邏輯類型，01---路由;02---全功能節(jié)點(diǎn)；03---終端節(jié)點(diǎn)；

SORL:傳感器編號(hào)低位

SORH:傳感器編號(hào)高位

STYPE：傳感器類型

SORDATA：傳感數(shù)值，多字節(jié)

例如，F(xiàn)E 16 46 87 1D 4C 02 00 10 00 1A 20 8E B1 02 34 12 30 BC 00 DF 01 7D 02 00 00 98，其中1D 4C: 節(jié)點(diǎn)短地址，8E B1：父節(jié)點(diǎn)短地址，02：邏輯類型，21：傳感器類型，BC 00 DF 01 7D 02 00 00 ：為四通道傳感數(shù)值，四通道電流采集CH1L,CH1H,CH2L,CH2H,CH3L,CH3H,CH4L,CH4H，共8字節(jié)，[CHxH CHxL]:通道x的采樣數(shù)據(jù)，2字節(jié)16進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)。

通道x的計(jì)算方法：電流=3300*[CHxHCHxL]/1023/150（mA），其中3300為滿量程電壓值3300mV，1023滿量程的AD值，150是電流采樣電阻。

1.系統(tǒng)有線傳感網(wǎng)ADAM4150數(shù)字量通訊協(xié)議。

表2 ADAM4150數(shù)字量請(qǐng)求控制指令通信協(xié)議

ADAM4150數(shù)字量請(qǐng)求控制指令格式如表2所示，其中功能碼05表示實(shí)現(xiàn)繼電器控制，若需要獲取設(shè)備狀態(tài)值，功能碼為01；起始地址為13對(duì)應(yīng)ADAM4150的DO3通道，14對(duì)應(yīng)ADAM4150的DO4，以此類推，若功能碼為01時(shí)，即表示一次獲取設(shè)備狀態(tài)值時(shí)，起始地址固定為00。讀取數(shù)量位表示采集數(shù)字量DI0-DI4通道的狀態(tài)值。CRC高低位是根據(jù)前面要求產(chǎn)生的指令（地址碼、 功能起始、起始地址、起始地址、開(kāi)/關(guān)、讀取數(shù)量），使用 CRC16校驗(yàn)算法可以算出CRC 低位 、CRC 高位 。

例如，請(qǐng)求指令：01 01 00 00 00 07 7D C8表示為一次獲取ADMA4150設(shè)備狀態(tài)的請(qǐng)求指令，其中07表示要采集DI0-DI6七個(gè)通道的設(shè)備狀態(tài)。請(qǐng)求指令：01 05 00 13 FF 00 7D FF 表示開(kāi)啟DO3通道對(duì)應(yīng)的繼電器。

ADAM4150數(shù)字量響應(yīng)指令格式如表3所示：

表3 ADAM4150數(shù)字量響應(yīng)指令通信協(xié)議

其中0C轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制值（不夠補(bǔ)0），轉(zhuǎn)換后得到的值的0-7位表示DI0-DI6的狀態(tài)，1表示開(kāi)啟，0表示。系統(tǒng)主要由三個(gè)主要角色：系統(tǒng)管理員、普通用戶、安保人員組成，涉及的主要業(yè)務(wù)流程有發(fā)卡、刷卡驗(yàn)證、安防檢測(cè)、移動(dòng)安防，流程圖如下：

圖2 發(fā)卡業(yè)務(wù)流程圖

圖3 刷卡驗(yàn)證流程圖

圖4 安防監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程圖

圖5 移動(dòng)端安防監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程圖

三、系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例

為了檢驗(yàn)一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)協(xié)同監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性，本文將系統(tǒng)服務(wù)端部署在Intel Core(TM)i5 CPU2.40GHz 4核、4G 內(nèi)存、Win7、Sqlserver2008R2的環(huán)境中，Android移動(dòng)端android 4.0.1操作系統(tǒng)。相關(guān)傳感器節(jié)點(diǎn)、繼電器節(jié)點(diǎn)以及WIFI、串口服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在物流倉(cāng)管實(shí)訓(xùn)室的安裝的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖6所示。

圖6 網(wǎng)絡(luò)部署拓?fù)鋱D

使用桌面高頻讀寫器完成發(fā)卡操作，系統(tǒng)發(fā)卡運(yùn)行界面如圖7所示。發(fā)卡成功后將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)系統(tǒng)用戶進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)時(shí)，使用分發(fā)得到的卡片作為入場(chǎng)憑證，系統(tǒng)驗(yàn)證卡片的卡號(hào)、次數(shù)、日期。

圖7 系統(tǒng)發(fā)卡操作界面

倉(cāng)庫(kù)安防管理子系統(tǒng)使用紅外對(duì)射、火焰、煙霧等物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的安防管理系統(tǒng)，當(dāng)紅外對(duì)射檢測(cè)到有非法入侵，或者檢測(cè)到有火焰、煙霧時(shí)報(bào)警燈閃爍，系統(tǒng)通過(guò)Socket通訊方式通知安防移動(dòng)移動(dòng)端，安防移動(dòng)系統(tǒng)接到通知后，可關(guān)閉報(bào)警燈。

安防移動(dòng)移動(dòng)端基于android客戶端實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽(tīng)倉(cāng)庫(kù)安防管理子系統(tǒng)發(fā)送的警情，運(yùn)行界面如圖8所示，實(shí)現(xiàn)保安對(duì)倉(cāng)庫(kù)的實(shí)時(shí)防衛(wèi)。同時(shí)獲取ZigBee四通道溫濕度值顯示在android移動(dòng)端，用戶使用Android移動(dòng)端。

圖8 安防報(bào)警移動(dòng)端運(yùn)行界面

四、結(jié)語(yǔ)

本文給出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)協(xié)同監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)的PC客戶端和Android客戶端集成了倉(cāng)庫(kù)視頻監(jiān)控、報(bào)警和環(huán)境監(jiān)控等功能模塊。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分考慮跨平臺(tái)互連通用，將原本獨(dú)立運(yùn)行、信息屏蔽的諸多應(yīng)用子系統(tǒng)進(jìn)行橫向協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的綜合管理，智能化聯(lián)動(dòng)。

今后，系統(tǒng)需要進(jìn)一步結(jié)合智能倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，豐富物品入庫(kù)和出庫(kù)方面功能模塊，以實(shí)現(xiàn)“無(wú)人職守”倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，增強(qiáng)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的整體服務(wù)能力。