引言

隨著信息技術的不斷發(fā)展，尤其是網絡技術的廣泛應用，傳統的倉庫管理方式也朝著智能化方向發(fā)展。傳統倉庫管理需要人工實時查看倉庫內的溫濕度、光照、火警和安全情況,費時費力，效率較低；另外，如果采用布線方式組成有線網絡監(jiān)測倉庫內環(huán)境參數，存在布線復雜、維護不便、成本高等缺點。因此，采用無線網絡方式(WSN)[1]監(jiān)測倉庫環(huán)境是一個發(fā)展趨勢。

ZigBee[2]是一種低成本、低功耗、低速率、短距離無線網絡技術，它適用于通信數據量不大，數據傳輸速率相對較低,分布范圍較小，但對數據的安全可靠有一定要求，而且成本和功耗非常低，并容易安裝使用的場合，在工業(yè)控制、智能建筑、家庭自動化、無線傳感器網絡、能源管理、智能交通、個人護理等領域都有用武之地。

本文設計了一種基于ZigBee的倉庫監(jiān)控系統。該系統使用了5種傳感器：溫濕度傳感器、光敏傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器和超聲波傳感器。當收到外界觸發(fā)時，這些傳感器采集外界物理量參數，與之相關的ZigBee節(jié)點處理后，通過ZigBee路由節(jié)點傳給協調器，協調器通過串口將這些數據傳給上位機VB軟件進行處理，顯示出各種傳感器的參數值,并將數據存儲到后臺數據庫中。在局域網內，通過瀏覽網頁的形式查看倉庫內情況，便于管理員做出決策，如打開通風孔,打開遮陽板等。

1總體設計

整個倉庫管理系統由3個部分構成：數據采集、數據傳輸和數據顯示。數據采集模塊由傳感器和CC2530節(jié)點兩部分構成：傳感器感知外界信號；CC2530節(jié)點對傳感器采集的信號進行處理，使之成為數字量。數據傳輸模塊為路由節(jié)點，它在網絡中僅起數據轉發(fā)和擴大傳輸距離的作用，并且路由節(jié)點通過路由將CC2530節(jié)點采集并處理的數據無線傳遞給協調器。協調器通過串口將數據傳給PC機，并且將數據保存在后臺數據庫中。這些數據在PC機上可以實時顯示，用戶也可以通過訪問數據庫查詢傳感器的相關信息。系統結構圖如圖1所示。

圖1  系統結構圖

2硬件設計

系統硬件由三個部分構成：ZigBee終端節(jié)點、ZigBee路由節(jié)點和ZigBee協調器。

2.1ZigBee終端節(jié)點

ZigBee終端節(jié)點由CC2530核心板團、外圍電路和傳感器三個部分組成。CC2530核心板是由業(yè)界標準的增強型51單片機［4］和RF無線射頻模塊組成，系統內可編程的256KB閃存，8KBRAM和許多其他強大的功能。CC2530具有不同的運行模式，使得它尤其適用低功耗要求的系統。核心板原理圖如圖2所示。

本系統運用到了5種傳感器，分別是煙霧傳感器、紅外傳感器、溫濕度傳感器、超聲傳感器和光敏傳感器。因各種傳感器的插槽結構都相同，僅對應的數據口不同，故以溫濕傳感器為例說明硬件結構，其他傳感器在此不做贅述。所用的DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包含一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機連接。此傳感器有3個有效引腳：VDD、DATA（接P1.2口）、GND。其接口電路圖如圖3所示。

2.2ZigBee路由節(jié)點

ZigBee路由節(jié)點僅僅作為數據轉發(fā)的中轉站，尋找最佳路由，提高數據傳輸距離，故其硬件原理圖與ZigBee終端節(jié)點大致相同，只是缺少傳感器連接設計。

2.3ZigBee協調器

ZigBee終端節(jié)點采集數據經路由器節(jié)點無線發(fā)送給協調器，為了形象地看到數據信息，在協調器上加了LCD12864液晶屏，這樣便于查看，其他硬件部分與ZigBee路由節(jié)點大致相同。LCD12964液晶屏原理圖如圖4所示。

3軟件設計

系統軟件主要包括數據采集與傳輸程序、協調器控制程序和上位機數據顯示程序。

3.1數據采集與傳輸程序

數據采集程序主要采集倉庫內的溫濕度和光照情況。當有盜賊時，就會觸發(fā)紅外傳感器報警，并且啟動超聲波傳感器測量盜賊的距離情況；當發(fā)生火災時，煙霧傳感器就會啟動，蜂鳴器報警。其流程圖如圖5所示。

3.2協調器控制程序

協調器負責把節(jié)點傳來的數據通過串口傳給上位機進行處理和顯示，并且，上位機也通過串口向協調器發(fā)送控制指令，協調器將指令處理后發(fā)送給終端節(jié)點，終端節(jié)點進行相應操作。其流程圖如圖6所示。

3.3上位機數據顯示程序

上位機數據顯示程序包括數據處理和信息查詢兩部分。數據處理模塊基于VB6.0[6]實現，主要包括串口通信與數據處理和顯示。使用MSComm控件來實現串口通信，使之非常方便地連接協調器設備和對數據進行處理。終端節(jié)點將相應信息無線發(fā)給協調器，協調器通過串口傳給VB上位機軟件，在VB中對數據進行處理，并將數據信息顯示在VB界面上。VB界面上顯示紅外傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、光敏傳感器、超聲波傳感器的數據信息。圖7為傳感器節(jié)點顯示圖。

傳感器節(jié)點數據經VB處理顯示后，同步存到后臺SQLServer[7]數據庫服務器中，以便用戶進行歷史數據的查詢和調用。數據庫有對應5個傳感器節(jié)點的5張表，以溫濕度傳感器為例，表內字段包括ID（傳感器ID號），Time（采集時間），Temperature（溫度值）,Humidity（濕度值）。

除了通過VB上位機實時監(jiān)控傳感器狀態(tài)外，還可以通過網頁形式在局域網任何地方查看傳感器狀態(tài)。網頁語言使用ASP.net同實現，主要實現過程是讀取SQLServer數據庫中表的字段值，然后發(fā)布到IIS服務器，這樣使得用戶在局域網中的任何位置都能通過網頁形式訪問數據庫，查看傳感器節(jié)點狀態(tài)信息。

4結語

本文提出了一種基于ZigBee技術的倉庫管理監(jiān)控系統來為布線困難、維護不易的領域解決了數據采集、傳輸和監(jiān)控的難題。在遠程端可以通過上位機軟件監(jiān)控現場內的各種物理信息，無需人為干預，起到防火、防盜的作用，并且加入CO傳感器、酒精傳感器等各種傳感器后，能布置到充滿有毒、有害氣體的領域。

20211020_617014426c482__基于ZigBee的倉庫監(jiān)控系統設計