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(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(shù)，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(shù)據量不大，數(shù)據傳輸速率相對較低,分布范圍較小，但對數(shù)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(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)，與之相關的ZigBee節(jié)點處理后，通過ZigBee路由節(jié)點傳給協(xié)調器，協(xié)調器通過串口將這些數(shù)據傳給上位機VB軟件進行處理，顯示出各種傳感器的參數(shù)值,并將數(shù)據存儲到后臺數(shù)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(tǒng)由3個部分構成：數(shù)據采集、數(shù)據傳輸和數(shù)據顯示。數(shù)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(shù)字量。數(shù)據傳輸模塊為路由節(jié)點，它在網絡中僅起數(shù)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(shù)據無線傳遞給協(xié)調器。協(xié)調器通過串口將數(shù)據傳給PC機，并且將數(shù)據保存在后臺數(shù)據庫中。這些數(shù)據在PC機上可以實時顯示，用戶也可以通過訪問數(shù)據庫查詢傳感器的相關信息。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1  系統(tǒng)結構圖

2硬件設計

系統(tǒng)硬件由三個部分構成：ZigBee終端節(jié)點、ZigBee路由節(jié)點和ZigBee協(xié)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(tǒng)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(tǒng)。核心板原理圖如圖2所示。

本系統(tǒng)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(shù)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(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)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(shù)據轉發(fā)的中轉站，尋找最佳路由，提高數(shù)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(xié)調器

ZigBee終端節(jié)點采集數(shù)據經路由器節(jié)點無線發(fā)送給協(xié)調器，為了形象地看到數(shù)據信息，在協(xié)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(tǒng)軟件主要包括數(shù)據采集與傳輸程序、協(xié)調器控制程序和上位機數(shù)據顯示程序。

3.1數(shù)據采集與傳輸程序

數(shù)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(xié)調器控制程序

協(xié)調器負責把節(jié)點傳來的數(shù)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(xié)調器發(fā)送控制指令，協(xié)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(shù)據顯示程序

上位機數(shù)據顯示程序包括數(shù)據處理和信息查詢兩部分。數(shù)據處理模塊基于VB6.0[6]實現(xiàn)，主要包括串口通信與數(shù)據處理和顯示。使用MSComm控件來實現(xiàn)串口通信，使之非常方便地連接協(xié)調器設備和對數(shù)據進行處理。終端節(jié)點將相應信息無線發(fā)給協(xié)調器，協(xié)調器通過串口傳給VB上位機軟件，在VB中對數(shù)據進行處理，并將數(shù)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(shù)據信息。圖7為傳感器節(jié)點顯示圖。

傳感器節(jié)點數(shù)據經VB處理顯示后，同步存到后臺SQLServer[7]數(shù)據庫服務器中，以便用戶進行歷史數(shù)據的查詢和調用。數(shù)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(xiàn)，主要實現(xiàn)過程是讀取SQLServer數(shù)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(shù)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(tǒng)來為布線困難、維護不易的領域解決了數(shù)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(xiàn)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。

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