ZigBee智慧型倉庫監控系統

2022-08-31 14:27:14 字數 3643 閱讀 3624

目前,物聯網(iot)技術在世界範圍內受到廣泛關注,對此各國都投入大量的人力物力,掀起了繼計算機、網際網路之後第三次資訊產業浪潮。美國、中國、歐洲各國、日本、南韓等都對iot技術進行了大量研究,實施了很多研究計畫。隨著經濟的快速發展,工廠和物流庫房數量大幅度增加,且儲存貨物的種類及規模也日益增大。這給倉庫環境監測與物品安全管理提出了更高要求。

在這樣的背景下,國內外的專家和學者開展了基於iot技術的倉庫管理系統研究。目前,物聯網技術只是應用於倉庫管理方面,儘管倉庫的環境檢測能夠實現實時、有效的監控,但系統還遠遠沒有達到智慧型化的要求,特別是在報警手段和問題處理上主要依賴於人工。因此,直接、準確、高效的倉庫智慧型監控預警並及時處理所產生的問題就成為乙個急需解決的工程應用問題。

1系統組成及功能

智慧型倉庫監控系統的設計包括無線感測網系統、智慧型監控系統、事件處理系統三個部分,共同構成了iot的感知層、傳輸層和處理層。無線感測網系統包含iot的感知層和傳輸層。感知層基於zigbee資料採集感測器技術而設計,由分布於倉庫中多種感測器構成,用以採集倉庫中的溫度、濕度等環境引數。傳輸層基於zigbee數傳技術而設計,由zigbee終端節點、zigbee路由節點以及zigbee協調器節點構成的zigbee無線模組

傳輸網路。zigbee資料採集感測器採集到的倉庫溫度、濕度等環境資料經zigbee數傳傳輸層傳輸到智慧型監控系統。智慧型監控系統和事件處理系統共同構成了iot的處理層。智慧型監控系統是乙個管理中心計算機,將監測的資料存人資料庫中,並實時對採集到的資料進行智慧型的分析和處理;根據採集到的資料決定是否通知事件處理系統對當前發生的問題經行處理。事件處理系統在cit技術基礎上設計的,它是智慧型監控系統命令的執行者,根據智慧型監控系統的命令通過電信網關自動通知倉庫相關管理人員告知倉庫發生火災,經其確認後開啟倉庫滅火系統進行滅火,並自動撥打119報火警。系統方案結構框圖如圖1所示。

圖1 系統整體框圖

2系統硬體設計

系統硬體包括感測器、zigbee無線模組節點和電信網關。

2.1感測器

基於智慧型系統所要實現的功用,本系統感測器包括環境監測感測器和火災報警感測器。對於庫房的環境而言,首先需要關注的溫度和濕度這兩個引數,因此環境監測感測器設計為溫濕度感測器。按照精度高、低功耗的設計原則,溫濕度感測器採用shtl0型號溫濕度感測器。shtl0是乙個高度整合的晶元,它將溫度感測、濕度感測、訊號變換和a/d轉換等功能整合到乙個晶元上。其主要特點是高精度(測溼精度±3.5%,測溫精度±0.50℃)

、高可靠性、超低功耗。溫度測量範圍:一40~123.80

℃。介面電路如圖2所示。

圖2 sht10溫度感測器介面電路

該感測器僅僅使用一根線路與zigbee資料採集

終端節點上微處理器的io埠相連,即可獲得精確的溫、濕度環境資料,實用性極強。為了保證報警的精確度,本系統火災報警感測器設計為兩種感測器:火焰感測器和煙霧感測器。火焰感測器採用r2868火焰感測器,煙霧感測器採用his-07離子煙霧感測器。r2868火焰感測器在火星產生瞬問能夠準確地發現,它可以探測185到260個不同的狹窄光譜敏感源。它具有很小的體積和很寬敏感角度,並能快速準確地發現從火焰被發出的弱紫外線。his一07離子式煙霧感測器效能遠優於氣敏電阻類感測器,對微小煙霧粒子的感應更靈敏,對各種煙響應均衡,報警響應時問短,且該感測器體積小,便於安裝。

2.2 zigbee數傳節點及網路拓撲結構

zigbee數傳

節點負責檢測和傳遞感測器採集資料的任務。該系統採用了典型的zigbee無線模組感測器節點的結構。zigbee無線模組節點的設計為晶元cc2530。該晶元為工業級,具有高可靠性、高靈敏度、適應環境能力強等優點。協調器和路由器採用外供電方式。終端節點根據用途、要求傳輸的距離(通訊範圍)與減低功耗的要求,均採用低功率模組使用鈕扣電池供電。無線感測器網路是由協調器、路由器和終端節點組成的,為了適應倉庫環境的多種變化和位置繁多與實用高效的特點,本系統採用樹形網路拓撲結構。

2.3電信網閘道器

電信網閘道器的設計使用了計算機電信整合(cti)技術,採用程式控制交換專用晶元。電信網閘道器主要由模擬中繼介面晶元my8632ts、dtmf訊號收發器mt8888組成,其電路圖如圖3所示。其原理是mt8888是具有呼叫程序濾波的單片dtmf收發器,採用cmos技術,功耗小而可靠性高。接收訊號部分以標準dtmf接收器為標準,而dtmf傳送器使用開關電容d/a變換器產生低失真和高精度的16種dtmf雙音訊訊號,用內部計數器控制突發模式,因此音訊號能以精確的定時突發傳送。my8632ts為**介面晶元,mt8632ts可將25 hz、75 vrms的鈴流轉換為計算機能夠識別的ttl電平的訊號,也具有摘、掛機功能,並可執行2/4線轉換功能,便於連線音效卡的入、出口。上述兩個主晶元的功能使得電信網閘道器能夠接收管理中心的上位機發出的資訊,根據解讀資訊的結果,發出指令,控制硬體進行電信網相應的呼叫操作。

圖3 電信網關硬體電路

3系統軟體設計

管理中心計算機軟體通過串列埠和接協調器收端節點連線。接收並顯示所採集的倉庫環境資料存人資料庫中。為了系統的靈活方便,使用access單機資料庫系統。管理中心計算機與溫濕度控制器和滅火控制器相連,可以對倉庫的相應位置進行控制溫濕度變化和消防滅火。管理中心計算機軟體通過電信網閘道器同電信網相連線,可以通過電信網發起提醒和報警呼叫。中心管理機軟體主要是負責將倉庫每天的環境資料記錄到資料庫中進行智慧型處理,並以圖形和數字的方式顯示以便檢視。溫濕度資訊隨上報的資料實時變化,此外還設定有煙霧、火焰兩個報警燈顯示。當某個節點環境檢測資料達到提醒閾值或火焰、煙霧感測器有乙個監測到火情時,智慧型倉庫監控系統應用程式自動向溫濕度控制器發出控制訊號,對倉庫某部分環境進行溫濕度控制調節。並同時通過電信網語音卡的軟體,自動撥打相關倉庫管理人員的手機,用電信網將相關節點物品的告警資訊以語音的方式通知相關倉庫管理人員。但只有當某個節點火焰、煙霧感測器同時監測到火情時,智慧型倉庫監控系統應用程式自動向滅火控制器發出控制訊號,對倉庫某部分環境進行防災滅火操作。並同時通過電信網語音卡的軟體,自動撥打相關倉庫管理人員的手機,用電信網將相關節點物品的火災資訊以語音的方式通知倉庫管理人員。告知倉庫管理人員,倉庫發生火災已經智慧型滅火,可根據實際情況看是否需要報火警,請消防隊處理。以使災害得到及時處理,減少倉庫財產損失,而又避免誤報火情。

4實驗結果

本系統經倉庫實地測試結果表明:系統硬體裝置工作可靠,軟體系統執行穩定。具體的結果:(1)系統對庫房環境引數檢測時效性良好,溫度的絕對誤差小於0.5℃c

,濕度的絕對誤差小於3%;(2)系統具有較強的庫房火災監控效能,火焰感測器在菸頭距離為4m時報警;而煙霧感測器在香菸距離2m時開始報警;系統的報警延時為6秒;(3)系統表現出自動環境調控效能,在實驗中當溫濕度超過閾值時系統給空調和加濕器發出訊號,空調和加濕器均能啟動和停止。由於實驗的房問較大,空調的功率較小並且加濕器只有一台,因此系統調控能力有限。考慮到我們主要是測試系統的除錯功能,因此這已經足夠了;(4)資料緩衝區的容量影響收發資料的質量。另外,由於庫房內沒有滅火系統,因此系統的自動滅火效能沒有測試。

5結論

本文基於物聯網技術開發了一套智慧型倉庫環境監控系統。該系統把物聯網技術與電信網技術、自動控制技術相結合,充分利用網路資源,可以直接、準確、高效、可靠的對倉庫內的溫、濕度進行智慧型監控,在發生火災時能及時滅火和報警。實驗測試結果表明:系統執行穩定、可靠,控制靈活、準確,有較強的通用性。

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