基于ZigBee的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的倉庫管理方式也朝著智能化方向發(fā)展。傳統(tǒng)倉庫管理需要人工實(shí)時查看倉庫內(nèi)的溫濕度、光照、火警和安全情況,費(fèi)時費(fèi)力，效率較低；另外，如果采用布線方式組成有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測倉庫內(nèi)環(huán)境參數(shù)，存在布線復(fù)雜、維護(hù)不便、成本高等缺點(diǎn)。因此，采用無線網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它適用于通信數(shù)據(jù)量不大，數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低,分布范圍較小，但對數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)、能源管理、智能交通、個人護(hù)理等領(lǐng)域都有用武之地。

本文設(shè)計了一種基于ZigBee的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(dāng)收到外界觸發(fā)時，這些傳感器采集外界物理量參數(shù)，與之相關(guān)的ZigBee節(jié)點(diǎn)處理后，通過ZigBee路由節(jié)點(diǎn)傳給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過串口將這些數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)VB軟件進(jìn)行處理，顯示出各種傳感器的參數(shù)值,并將數(shù)據(jù)存儲到后臺數(shù)據(jù)庫中。在局域網(wǎng)內(nèi)，通過瀏覽網(wǎng)頁的形式查看倉庫內(nèi)情況，便于管理員做出決策，如打開通風(fēng)孔,打開遮陽板等。

1總體設(shè)計

整個倉庫管理系統(tǒng)由3個部分構(gòu)成：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)顯示。數(shù)據(jù)采集模塊由傳感器和CC2530節(jié)點(diǎn)兩部分構(gòu)成：傳感器感知外界信號；CC2530節(jié)點(diǎn)對傳感器采集的信號進(jìn)行處理，使之成為數(shù)字量。數(shù)據(jù)傳輸模塊為路由節(jié)點(diǎn)，它在網(wǎng)絡(luò)中僅起數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和擴(kuò)大傳輸距離的作用，并且路由節(jié)點(diǎn)通過路由將CC2530節(jié)點(diǎn)采集并處理的數(shù)據(jù)無線傳遞給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器通過串口將數(shù)據(jù)傳給PC機(jī)，并且將數(shù)據(jù)保存在后臺數(shù)據(jù)庫中。這些數(shù)據(jù)在PC機(jī)上可以實(shí)時顯示，用戶也可以通過訪問數(shù)據(jù)庫查詢傳感器的相關(guān)信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件由三個部分構(gòu)成：ZigBee終端節(jié)點(diǎn)、ZigBee路由節(jié)點(diǎn)和ZigBee協(xié)調(diào)器。

2.1ZigBee終端節(jié)點(diǎn)

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

本系統(tǒng)運(yùn)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(jié)構(gòu)都相同，僅對應(yīng)的數(shù)據(jù)口不同，故以溫濕傳感器為例說明硬件結(jié)構(gòu)，其他傳感器在此不做贅述。所用的DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)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(jī)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(diǎn)

ZigBee路由節(jié)點(diǎn)僅僅作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的中轉(zhuǎn)站，尋找最佳路由，提高數(shù)據(jù)傳輸距離，故其硬件原理圖與ZigBee終端節(jié)點(diǎn)大致相同，只是缺少傳感器連接設(shè)計。

2.3ZigBee協(xié)調(diào)器

ZigBee終端節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)經(jīng)路由器節(jié)點(diǎn)無線發(fā)送給協(xié)調(diào)器，為了形象地看到數(shù)據(jù)信息，在協(xié)調(diào)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(diǎn)大致相同。LCD12964液晶屏原理圖如圖4所示。

3軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要包括數(shù)據(jù)采集與傳輸程序、協(xié)調(diào)器控制程序和上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示程序。

3.1數(shù)據(jù)采集與傳輸程序

數(shù)據(jù)采集程序主要采集倉庫內(nèi)的溫濕度和光照情況。當(dāng)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(dāng)發(fā)生火災(zāi)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(xié)調(diào)器控制程序

協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)把節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù)通過串口傳給上位機(jī)進(jìn)行處理和顯示，并且，上位機(jī)也通過串口向協(xié)調(diào)器發(fā)送控制指令，協(xié)調(diào)器將指令處理后發(fā)送給終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)操作。其流程圖如圖6所示。

3.3上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示程序

上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示程序包括數(shù)據(jù)處理和信息查詢兩部分。數(shù)據(jù)處理模塊基于VB6.0[6]實(shí)現(xiàn)，主要包括串口通信與數(shù)據(jù)處理和顯示。使用MSComm控件來實(shí)現(xiàn)串口通信，使之非常方便地連接協(xié)調(diào)器設(shè)備和對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。終端節(jié)點(diǎn)將相應(yīng)信息無線發(fā)給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過串口傳給VB上位機(jī)軟件，在VB中對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信息。圖7為傳感器節(jié)點(diǎn)顯示圖。

傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)VB處理顯示后，同步存到后臺SQLServer[7]數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，以便用戶進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢和調(diào)用。數(shù)據(jù)庫有對應(yīng)5個傳感器節(jié)點(diǎn)的5張表，以溫濕度傳感器為例，表內(nèi)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(jī)實(shí)時監(jiān)控傳感器狀態(tài)外，還可以通過網(wǎng)頁形式在局域網(wǎng)任何地方查看傳感器狀態(tài)。網(wǎng)頁語言使用ASP.net同實(shí)現(xiàn)，主要實(shí)現(xiàn)過程是讀取SQLServer數(shù)據(jù)庫中表的字段值，然后發(fā)布到IIS服務(wù)器，這樣使得用戶在局域網(wǎng)中的任何位置都能通過網(wǎng)頁形式訪問數(shù)據(jù)庫，查看傳感器節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息。

4結(jié)語

本文提出了一種基于ZigBee技術(shù)的倉庫管理監(jiān)控系統(tǒng)來為布線困難、維護(hù)不易的領(lǐng)域解決了數(shù)據(jù)采集、傳輸和監(jiān)控的難題。在遠(yuǎn)程端可以通過上位機(jī)軟件監(jiān)控現(xiàn)場內(nèi)的各種物理信息，無需人為干預(yù)，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(lǐng)域。

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