Vol.51袁No.3May袁2019基于ZigBee的仓库智能环境监控系统设计
文晖渊兰州石化职业技术学院信息处理与控制工程学院袁甘肃袁兰州730060冤
摘要院目前常见的仓储环境监控系统主要基于局域网体系结构袁很难实现与广域网智能终端的实时通讯尧预警袁并且多为独立部署遥本文设计了基于ZigBee的仓库智能环境监控系统袁该系统以CC2530单片机为核心袁通过分布于仓库中的传感器采集温度尧湿度尧火焰尧烟雾尧光照等环境参数袁并以ZigBee方式传输到云平台袁按照既定的管理策略执行相应的程序进行通风尧喷淋灭火及消防联动遥系统通过ZigBee无线网关配置袁克服了传统有线传感器部署复杂的缺点袁具有快捷高效袁并可通过广域网同时应用于多个仓库遥
关键词院物联网曰仓储曰智能监控揖中图分类号铱TP277曰X924.3揖文献标志码铱A揖文章编号铱2096-6059渊2019冤03-055-04
DesignofWarehouseIntelligentEnvironmentMonitoring
SystemBasedonZigBee
WENHui
渊TheDepartmentofInformationProcessingandControlEngineering
LanzhouPetrochemicalPolytechnic袁Lanzhou730060袁China冤
Abstract院Atpresent袁thecommonstorageenvironmentmonitoringsystemismainlybasedontheLANarchitecture袁anditisdifficulttorealizereal-timecommunicationandearlywarningwiththeWANintelligentterminal袁andmostofthemareindependentlydeployed.ThispaperdesignedawarehouseintelligentenvironmentmonitoringsystembasedonZigBee.ThesystemusedCC2530single-chipmicrocomputerasthecoretocollectenvironmentalparameterssuchastemperature袁humidity袁flame袁smokeandilluminationthroughsensorsdistributedinthewarehouse袁andtransmittedittothecloudplatforminZigBeemode.Thenitfollowedtheestablishedmanagementstrategytoimplementthecorrespondingproceduresforventilation袁sprinklerfireandfirelinkage.ThesystemwasconfiguredbyZigBeewirelessgateway袁whichovercometheshortcomingsoftraditionalwiredsensordeployment袁alsoit爷sfastandefficient袁andcouldbeappliedtomultiplewarehousessimultaneouslythroughtheWAN.
Keywords院InternetofThings曰warehousing曰intelligentmonitoring
0引言随着全球经济的快速发展袁仓库和库房数量大幅增加袁储存规模也日益增大遥这给仓储安全管理提出了更高要求遥目前袁国内在仓储管理方面主要是进行信息化提升和防盗安全管理袁能把物联网技术全面应用于仓储环境安全管理方面的较少遥虽然
有的仓库能够监测温度指标尧监控入侵袁但系统还远远没有达到智能化的要求袁特别是在报警手段和问题处理上主要依赖人工袁且由于其体系架构局限于局域网袁基本是一个仓库一套应用袁普遍使用有线传感器遥因此袁直接尧准确尧高效的基于云平台控制的无线仓储智能监控预警显得尤为需要遥本设计在原有的仓库信息系统的基础上袁使用少量必要的
收稿日期院2019-04-03
基金项目院甘肃省财政厅专项资金立项资助项目渊甘财教揖2013铱116号冤作者简介院文晖渊1970-冤袁男袁甘肃庆阳人袁教授袁硕士遥
窑55窑
智能物联技术
传感器与执行器建立了一个低成本尧高效率的环境监控系统来保证仓库的安全遥
架构袁包括无线传感网尧互联网云平台尧WEB客户端和移动客户端App三部分袁分别构成了感知层尧传输层尧管理层和应用层遥无线传感网部分包含感知层尧传输层以及无线执行器遥感知层以CC2530单片机为核心进行设计袁由分布于仓库中的多种传感器构成袁用以采集仓库中的温度尧湿度尧火焰尧烟雾尧光照等环境参数遥传输层基于ZigBee[1]技术而设计袁由终端节点尧路由节点以及协调器节点渊内置于物联网网关之中冤构成无线传输网络遥
传感器采集到的仓库温度尧湿度尧火焰尧烟雾尧光照等环境数据经网关转换尧传输层传输到云平台遥云平台的设备管理与策略管理系统共同构成了IoT的处理层袁这也是智能监控系统的核心遥
利用ASP.NET开发的基于B/S结构的管理云第一袁通过使用浏览器客户端管理多个物联网网关的数据来管理不同的仓库遥
第二袁针对不同网关上连接的设备配置智能管理策略遥
第三袁管理移动端渊手机冤用户尧发送报警信息
1系统需求分析目前袁大多数仓储环境监控系统主要是基于局域网的体系结构袁其基本原理是通过内部有线或者无线传感器采集环境数据袁然后将数据上传到内部服务器的应用端袁再根据控制策略对控制器发出指令遥由于是在局域网内部的应用系统袁这种系统很难与广域网的智能终端进行实时通讯尧预警遥随着ZigBee技术尧移动智能终端技术与云平台技术的发展袁实现以无线传感器与执行器为基础袁以广域网云平台集中管控并与移动终端实时通讯的仓储智能环境监控系统成为一种更为优化的选择遥
2系统组成与功能作为一种无线通信技术袁ZigBee具有低功耗尧低成本尧短时延尧网络容量大尧可靠安全的特点遥因此袁在本设计中现场网络采用ZigBee无线传感网络遥
如图1所示为智能仓储环境监控系统的方案
平台有以下优点院
ZigBee
ZigBee
ZigBee
ZigBee
ZigBee
ZigBee
ZigBee
ZigBee
ZigBee
ZigBee
WiFi
ZigBee
ZigBee
WiFi
图1系统方案结构图
窑56窑
文晖院基于ZigBee的仓库智能环境监控系统设计
图2
到移动端遥
系统方案数据流图
渊2冤执行器
具体执行器袁如通风尧自动喷水有关的设备均通过继电器控制袁本设计通过ZigBee控制板连接继电器的方式实现遥具体配置与传感器类似遥图4为执行器连接示意图遥
如图2所示为系统的数据流图遥系统的工作原理是院物联网网关渊刷新时间5秒冤将传感器信息采集后发送到云平台并存入到数据库中袁实时对采集到的数据进行智能分析和处理袁根据采集到的数据和既定的管理策略发送命令到物联网网关袁驱动执行器袁同时通过无线网络将环境信息发送到手机App遥对于严重的火灾等事件直接通过传感网启动报警系统尧开启电磁阀控制的喷淋头灭火袁也可同时发送到管理者的手机App袁经其确认后进行消防火灾报警遥
图4执行器连接图
网关设备是传感器尧执行硬件设备与云平台之间的中间件袁负责收集传感器信息袁并通过网络方PE9000袁支持Wifi尧RS485尧以太网尧Zigbee协调器尧USB尧RFID尧蓝牙等通讯功能袁支持电容触摸屏袁电源电压为12V遥
选型与部署原则如下院
传感器选型主要考虑量程与精度遥具体由仓储特性决定袁精度高则成本偏大袁适用即可遥本系统中主要用到的传感器有ZigBee板载温湿度尧火焰尧烟雾尧光照传感器遥
传感器节点数量与位置遥考虑到ZigBee通信特点与效果要求袁节点实际距离不应超过20米遥温湿度传感器属于不密封的袁根据其测量特点袁安装位置应当是不通风的部位遥火焰尧烟雾尧光照传感器以顶部为上袁且不能遮挡遥
式将数据传给云平台遥网关采用新大陆NLE-渊3冤网关
3系统设计系统硬件包括ZigBee节点尧板载传感器尧板载继电器尧网关尧宽带路由器尧风扇尧电磁阀尧视频摄像头尧服务器和客户端电脑遥主要硬件的设计如下
渊1冤传感器
本设计中温度尧湿度尧火焰尧烟雾尧光照传感器为板载方式袁通过IAR编写相应程序袁编译配置后使用袁通过锂电池供电遥图3为传感器连接示意图遥
图3传感器连接图执行器节点主要实现通风尧照明尧灭火功能遥节
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智能物联技术
图5智能仓储监控云平台网关配置界面
图6部分监控策略配置界面
点实际距离不应超过20米袁照明需求是在ZigBeeBee继电器上连接空调尧风扇设施实现遥对于自动灭继电器上连接照明灯实现遥温湿度需求则是在Zig鄄
传感器与执行器在云平台上对映一个逻辑设备袁同种设备通过序列号加以区分遥
第二袁添加传感器变量遥在监控云平台对各个传感器设置对应的变量袁每个传感器都有唯一的变量与其关联袁传感器变量是设置智能监控策略的基础遥
第三袁设置控制策略遥执行器是通过策略设置与传感器关联袁不同的仓储应用对参数的需求不同遥在策略设置中设置好温度报警策略尧通风策略尧6为监控云平台部分监控策略配置界面遥
喷淋策略并启用后袁系统就处于自动监控状态遥图
火需求则通过在顶部安装喷淋头袁其开关通过Zig鄄Bee继电器控制遥执行器的数量由仓库大小决定遥3.2.1云平台设计
云平台采用VisualStudio2012集成开发环
境袁设计一个基于.NETFramework的ASP.NET[3]程序进行设备管理和策略控制袁程序中使用CSS进行布局袁引入设备的dll文件袁用C#编程语言调用设备API进行服务器端脚本编程遥WEB服务器使用腾讯云服务器袁其IP地址是移动终端寻址的目标遥管理员登录后添加网关设备袁每个网关由唯一的标识号识别袁一个云平台可以添加多个网关设备袁所以该平台可以对多个仓储点进行监控遥图53.3.2
为监控云平台网关配置界面遥
移动端主要针对Android系统利用Eclipse尧移动端App设计
4系统测试测试实验主要针对温湿度尧光照尧火焰子系统进行测试袁喷淋头数控电磁阀用同类开关量设备风扇代替遥监控测试能够正常进行袁即按照策略要求控制执行器遥系统启动后袁先进行组网操作袁在通道号与序列号正确的前提下袁逐一给传感器和执行器节点通电袁之后方可在物联网网关和云平台上完全上线袁投入工作遥参考文献院
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客户端登录后获取对应客户仓库的平台信息袁可以报警信息遥
传感器的各种电信号在通过网关转化后袁上传到仓储监控云平台遥在云平台进行的基本操作包括院
第一袁添加设备遥通过网关管理下属设备袁每个窑58窑
JDK尧SDK等ADT工具基于Socket[4]技术进行编程遥
通过移动客户端配置监控参数尧监控策略袁并接收
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