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[導(dǎo)讀]摘要:為了對(duì)大型倉(cāng)庫(kù)的溫濕度、光照、火警和安全情況進(jìn)行監(jiān)控,采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),設(shè)計(jì)了一種基于ZigBeeCC2530的多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先組成了ZigBee星形網(wǎng)絡(luò)和ZigBee樹(shù)形網(wǎng)絡(luò),然后在此局域網(wǎng)內(nèi),通辻VB上位機(jī)監(jiān)控軟件和Web查詢(xún)模式對(duì)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境進(jìn)行了控制和查詢(xún)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)表明,采用基于ZigBee技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)管理是一個(gè)很好的嘗試。

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(cāng)庫(kù)管理方式也朝著智能化方向發(fā)展。傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)管理需要人工實(shí)時(shí)查看倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的溫濕度、光照、火警和安全情況,費(fèi)時(shí)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(cè)倉(cāng)庫(kù)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)方式(WSN)[1]監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

ZigBee[2]是一種低成本、低功耗、低速率、短距離無(wú)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(duì)較低,分布范圍較小,但對(duì)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(chǎng)合,在工業(yè)控制、智能建筑、家庭自動(dòng)化、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、能源管理、智能交通、個(gè)人護(hù)理等領(lǐng)域都有用武之地。

本文設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee的倉(cāng)庫(kù)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(shí),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(guò)ZigBee路由節(jié)點(diǎn)傳給協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器通過(guò)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(chǔ)到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。在局域網(wǎng)內(nèi),通過(guò)瀏覽網(wǎng)頁(yè)的形式查看倉(cāng)庫(kù)內(nèi)情況,便于管理員做出決策,如打開(kāi)通風(fēng)孔,打開(kāi)遮陽(yáng)板等。

1總體設(shè)計(jì)

整個(gè)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)由3個(gè)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(hào);CC2530節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器采集的信號(hào)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(guò)路由將CC2530節(jié)點(diǎn)采集并處理的數(shù)據(jù)無(wú)線傳遞給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳給PC機(jī),并且將數(shù)據(jù)保存在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。這些數(shù)據(jù)在PC機(jī)上可以實(shí)時(shí)顯示,用戶也可以通過(guò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)傳感器的相關(guān)信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

基于ZigBee的倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于ZigBee的倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件由三個(gè)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(gè)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(wú)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(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)口不同,故以溫濕傳感器為例說(shuō)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(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專(zhuān)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包含一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件,并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)連接。此傳感器有3個(gè)有效引腳:VDD、DATA(接P1.2口)、GND。其接口電路圖如圖3所示。

基于ZigBee的倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(jì)。

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(wú)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(jì)

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(cāng)庫(kù)內(nèi)的溫濕度和光照情況。當(dāng)有盜賊時(shí),就會(huì)觸發(fā)紅外傳感器報(bào)警,并且啟動(dòng)超聲波傳感器測(cè)量盜賊的距離情況;當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),煙霧傳感器就會(huì)啟動(dòng),蜂鳴器報(bào)警。其流程圖如圖5所示。

基于ZigBee的倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于ZigBee的倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)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(guò)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。

基于ZigBee的倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(xún)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(lái)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。終端節(jié)點(diǎn)將相應(yīng)信息無(wú)線發(fā)給協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器通過(guò)串口傳給VB上位機(jī)軟件,在VB中對(duì)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。

基于ZigBee的倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(tái)SQLServer[7]數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中,以便用戶進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)和調(diào)用。數(shù)據(jù)庫(kù)有對(duì)應(yīng)5個(gè)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(hào)),Time(采集時(shí)間),Temperature(溫度值),Humidity(濕度值)。

除了通過(guò)VB上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感器狀態(tài)外,還可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)形式在局域網(wǎng)任何地方查看傳感器狀態(tài)。網(wǎng)頁(yè)語(yǔ)言使用ASP.net同實(shí)現(xiàn),主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程是讀取SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)網(wǎng)頁(yè)形式訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù),查看傳感器節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息。

4結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于ZigBee技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)管理監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)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(guò)上位機(jī)軟件監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的各種物理信息,無(wú)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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