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    基于ZigBee技術(shù)的倉儲環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

      信息來源:   發(fā)布時間:2021-10-23  點擊數(shù):0

    隨著社會經(jīng)濟及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展, 大型多元化復合型倉儲越來越多, 很多倉庫需要存儲大量的對周圍環(huán)境要求較高的貨物, 溫度、濕度、光照度等環(huán)境參數(shù)的微小變化都可能對貨物造成損害。而傳統(tǒng)的倉儲環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)存在著環(huán)境監(jiān)測難、靈活性差以及維護成本高等問題, 這就亟需一種現(xiàn)代化的智能倉儲監(jiān)測系統(tǒng)來完成對倉儲環(huán)境的全面監(jiān)測和管理。近年來, 我們國家也相繼開展了智能倉儲管理系統(tǒng)的研究和設(shè)計, 并取得了一定的成就。目前, 基于Zig Bee網(wǎng)絡的智能倉儲管理系統(tǒng)是時下研究的熱點。

    1 Zig Bee技術(shù)

    Zig Bee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低復雜度、低成本的雙向無線通信網(wǎng)絡技術(shù), 也是一種基于IEEE802.15.4無線標準研制開發(fā)的組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的通信技術(shù)。Zig Bee通信主要用于短距離且傳輸速率不高以及典型的具有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反映時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸。Zig Bee網(wǎng)絡支持大量節(jié)點和多種拓撲結(jié)構(gòu), 主要有協(xié)調(diào)器、路由器和傳感器節(jié)點三種角色構(gòu)成。

    2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

    2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計方案

    本系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)處理中心以及上位機監(jiān)控管理端三部分組成, 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The overall design structure of system

    圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The overall design structure of system   下載原圖


    數(shù)據(jù)采集終端主要負責倉儲環(huán)境數(shù)據(jù)的采集, 數(shù)據(jù)處理中心主要是對采集來的數(shù)據(jù)進行分析和處理, 并通過Zig Bee無線網(wǎng)絡與采集終端進行相互通信, 上位機監(jiān)控管理端可以對系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理和配置。

    2.2 數(shù)據(jù)采集終端硬件設(shè)計

    數(shù)據(jù)采集終端核心芯片采用恩智浦公司生產(chǎn)的LPC1114芯片, 該芯片成本低, 功耗小, 有豐富的外設(shè)接口。溫濕度傳感采用DHT11數(shù)字傳感器, 它的測量精度較高, 適用范圍也較廣。光敏傳感器采用ISL29003傳感器, 它可以識別可見光和紅外光。當傳感器采集到數(shù)據(jù)后, 通過Zig Bee網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)采集終端硬件框圖如圖2所示。

    圖2 數(shù)據(jù)采集終端硬件框圖Fig.2 Hardware diagram of data acquisition terminal

    圖2 數(shù)據(jù)采集終端硬件框圖Fig.2 Hardware diagram of data acquisition terminal   下載原圖


    2.3 數(shù)據(jù)處理中心硬件設(shè)計

    數(shù)據(jù)處理中心是以三星公司生產(chǎn)的S5pv210開發(fā)板來進行設(shè)計的, 通過設(shè)計數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及串并口電路來實現(xiàn)與外設(shè)相連接, 保證了與Zig Bee網(wǎng)絡的正常通信。WIFI模塊采用Marvell8686芯片, GPRS模塊采用SIMCOM公司的ATK-SIM900A芯片。數(shù)據(jù)處理中心硬件框圖如圖3所示。

    圖3 數(shù)據(jù)處理中心硬件框圖Fig.3 Hardware diagram of data processing center

    圖3 數(shù)據(jù)處理中心硬件框圖Fig.3 Hardware diagram of data processing center   下載原圖


    數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過Zig Bee網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊后, 數(shù)據(jù)處理中心對發(fā)送來的數(shù)據(jù)進行分析處理并反饋給數(shù)據(jù)采集中心。當采集到的數(shù)據(jù)超出設(shè)置的閾值時, 終端節(jié)點接收到反饋回來的命令后, 會對相應的設(shè)備進行智能控制。同時, 數(shù)據(jù)處理中心還會通過GPRS發(fā)送信息到手機上進行報警。倉儲管理人員可以通過PC機來監(jiān)控整個倉儲的狀態(tài), 實現(xiàn)對倉儲環(huán)境的智能監(jiān)控和管理。

    2.4 系統(tǒng)通信模塊及組網(wǎng)設(shè)計

    系統(tǒng)通信模塊采用TI公司生產(chǎn)的基于Zig Bee的CC2530芯片, 該芯片支持IEEE802.15.4標準, 同時集成了一個高性能的RF收發(fā)器和一個8051微處理器。系統(tǒng)利用Zig Bee無線網(wǎng)絡來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集終端與數(shù)據(jù)處理中心之間的相互通信。

    系統(tǒng)采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Zig Bee組網(wǎng)方式, 由一個協(xié)調(diào)器和三個路由節(jié)點組成, 而且把路由節(jié)點即作為傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點, 又作為數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點, 可以增強系統(tǒng)的網(wǎng)絡覆蓋范圍。系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

    圖4 系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Diagram of system network structure

    圖4 系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Diagram of system network structure   下載原圖


    3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

    3.1 數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計

    當協(xié)調(diào)器建立好Zig Bee網(wǎng)絡后, 無線傳感器節(jié)點首先進行自檢加入網(wǎng)絡, 然后將采集到的數(shù)據(jù)傳送到前端協(xié)調(diào)器節(jié)點。協(xié)調(diào)器也可以發(fā)送命令到各個無線傳感器節(jié)點來完成相關(guān)任務。無線傳感器終端節(jié)點工作流程圖如圖5所示。

    圖5 數(shù)據(jù)采集流程圖Fig.5 Flow chart of data acquisition

    圖5 數(shù)據(jù)采集流程圖Fig.5 Flow chart of data acquisition   下載原圖


    3.2 數(shù)據(jù)處理模塊軟件設(shè)計

    數(shù)據(jù)處理中心接收到數(shù)據(jù)后, 先將數(shù)據(jù)進行分類存儲, 然后建立共享內(nèi)存和鏈表, 在一定時間內(nèi)通過串口轉(zhuǎn)換來由線程接受各種環(huán)境參數(shù)信息, 以此喚醒數(shù)據(jù)庫線程并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。在此過程中, 若建立共享內(nèi)存及鏈表超時, 數(shù)據(jù)處理中心會判斷出超時的設(shè)備數(shù)據(jù)并且將其刪除, 然后重新設(shè)定計數(shù)器。

    數(shù)據(jù)庫線程會對不同的環(huán)境信息進行分類存入相對應的位置, 方便人們對數(shù)據(jù)的查詢與管理。同時, 數(shù)據(jù)庫線程也會對數(shù)據(jù)進行處理, 如果是環(huán)境參數(shù)則對環(huán)境參數(shù)進行判斷處理, 當數(shù)據(jù)超出設(shè)置閾值時, 數(shù)據(jù)處理中心會通過GPRS發(fā)送短信報警, 同時反饋命令給采集終端。數(shù)據(jù)處理流程圖如圖6所示。

    3.3 數(shù)據(jù)處理模塊軟件設(shè)計

    系統(tǒng)監(jiān)測平臺共分為數(shù)據(jù)庫設(shè)計和用戶管理軟件設(shè)計兩大部分。數(shù)據(jù)庫是采用微軟公司的Access2003來設(shè)計的。上位機監(jiān)控軟件采用的是VC++6.0開發(fā)環(huán)境, 它提供了功能強大的MFC類庫, 能夠方便的進行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)修改、報警及串口參數(shù)設(shè)置等功能。系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖7所示。

    圖6 數(shù)據(jù)處理流程圖Fig.6 Flow chart of data processing

    圖6 數(shù)據(jù)處理流程圖Fig.6 Flow chart of data processing   下載原圖


    4 系統(tǒng)測試

    將數(shù)據(jù)采集終端放在倉庫的不同位置, 通過監(jiān)控界面可以看出, 系統(tǒng)可以采集到倉儲當前的溫濕度及光照強度數(shù)據(jù), 而且當這些數(shù)據(jù)超出設(shè)定的閾值后, 監(jiān)控界面會發(fā)出警告, 管理人員收到報警短信, 同時相應的終端設(shè)備也會做出智能控制。系統(tǒng)測試時監(jiān)控界面如圖7所示。

    圖7 系統(tǒng)監(jiān)控界面Fig.7 Interface of system monitoring

    圖7 系統(tǒng)監(jiān)控界面Fig.7 Interface of system monitoring   下載原圖


    5 結(jié)束語

    通過實驗證明, 本系統(tǒng)實現(xiàn)了對倉儲的溫度、濕度以及光照強度等環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控, 而且能滿足一定的精度要求, 解決了傳統(tǒng)倉儲環(huán)境監(jiān)測難、靈活性差以及維護成本高等問題。系統(tǒng)結(jié)合了GPRS、互聯(lián)網(wǎng)等資源, 搭建自動控制功能, 極大地保障貨物的安全, 減少倉儲的成本, 提高企業(yè)競爭力, 實現(xiàn)倉儲系統(tǒng)的智能化。

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