一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉庫協(xié)同監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王松林

（安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系 安徽蕪湖 241002）

傳統(tǒng)倉儲安防系統(tǒng)多數(shù)是重復(fù)地安裝監(jiān)控設(shè)備，或者是添加一些無線對講系統(tǒng)、電子巡更等各類系統(tǒng)信號、控制信號都是在各自不同網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)脑O(shè)備，從當(dāng)前的使用情況來看，存在一些問題：系統(tǒng)管理效率低。多個(gè)安防子系統(tǒng)導(dǎo)致運(yùn)維成本、人員培訓(xùn)成本增加；事件管理時(shí)效性差。大量視頻圖像靠人工24小時(shí)監(jiān)看，主客觀因素導(dǎo)致24小時(shí)監(jiān)看約等于無人監(jiān)看。而且海量視頻數(shù)據(jù)，人工查詢費(fèi)時(shí)費(fèi)力。對突發(fā)事件，無法及時(shí)提醒，不能快速處理；人員控制管理能力低。生產(chǎn)禁區(qū)、高危倉庫等特定區(qū)域無有效限制訪問，無法掌握無關(guān)人員接近情況。無法管理訪客人員流動(dòng)情況，訪客進(jìn)入研發(fā)區(qū)等特殊區(qū)域也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

在倉儲安防監(jiān)管方面，國內(nèi)學(xué)者劉治紅、駱云志等提出一種新型的智能視頻監(jiān)控技術(shù)[1]。雷梁開發(fā)了基于ZigBee技術(shù)和Internet技術(shù)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)[2]。顧曉莉研究了面向第三方智能倉儲的RFID中間件[3]。畢紅梅研究了第三方智能倉儲技術(shù)[4]。張仁彬等集成運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)倉儲管理內(nèi)容的互聯(lián)[5]。馮亮等通過對貨物的智能化管理，還可以提高倉儲空間的利用率，使企業(yè)實(shí)時(shí)了解有關(guān)庫存情況[6]。章瑾結(jié)合PDA和Web Service技術(shù)，收倉庫安防管理的自動(dòng)化和集成化[7]。

這些依賴于人工和半自動(dòng)化的倉儲安防協(xié)同管理系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足企業(yè)的要求，本文給出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉庫協(xié)同監(jiān)管系統(tǒng)。系統(tǒng)包含倉庫門禁管理子系統(tǒng)、倉庫刷卡驗(yàn)證子系統(tǒng)、倉庫安防管理子系統(tǒng)、安防移動(dòng)移動(dòng)端。系統(tǒng)綜合集成視頻監(jiān)控、報(bào)警和環(huán)境監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)倉庫管理員、保安、用戶在門禁管理、安防管理、環(huán)境監(jiān)控等環(huán)節(jié)的手機(jī)端、PC端協(xié)同監(jiān)管。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包含倉庫門禁管理模塊、倉庫刷卡驗(yàn)證模塊、倉庫安防管理模塊、安防移動(dòng)移動(dòng)端。倉庫門禁管理模塊，完成倉庫管理端發(fā)卡程序，使用桌面高頻讀寫器完成發(fā)卡操作，發(fā)卡成功后將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫。其中發(fā)卡內(nèi)容包括卡號、次數(shù)、日期。倉庫刷卡驗(yàn)證模塊在用戶進(jìn)入倉庫時(shí)，使用分發(fā)的高頻卡作為入場憑證，系統(tǒng)驗(yàn)證卡片的卡號、次數(shù)、日期，如果驗(yàn)證成功，系統(tǒng)對用戶進(jìn)行拍照，并將拍照的圖片數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，同時(shí)提示用戶驗(yàn)證通過可以進(jìn)入倉庫。倉庫安防管理模塊使用紅外對射、火焰、煙霧等物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)倉庫的安防管理系統(tǒng)，當(dāng)紅外對射檢測到有非法入侵，或者檢測到有火焰、煙霧時(shí)報(bào)警燈閃爍，系統(tǒng)通過Socket通訊方式通知安防移動(dòng)移動(dòng)端，安防移動(dòng)系統(tǒng)接到通知后，可關(guān)閉報(bào)警燈。安防移動(dòng)端監(jiān)聽倉庫安防管理服務(wù)端發(fā)送的警情，實(shí)現(xiàn)保安對倉庫的實(shí)時(shí)防衛(wèi)。同時(shí)在安防移動(dòng)端可以實(shí)時(shí)獲取ZigBee四通道溫濕度值等倉庫環(huán)境數(shù)據(jù)，方便倉管人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)看倉庫是否有異常情況。

系統(tǒng)的PC端實(shí)現(xiàn)門禁發(fā)卡、刷卡驗(yàn)證、安防管理三個(gè)模塊，系統(tǒng)移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)了安防報(bào)警和環(huán)境監(jiān)控兩個(gè)模塊，系統(tǒng)的服務(wù)端由基于C#的一般處理程序開發(fā)，提供相關(guān)接口供PC客戶端和Android客戶端調(diào)用。服務(wù)端和客戶端之間交互采用JSON數(shù)據(jù)格式。系統(tǒng)層次架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)層次架構(gòu)圖

二、系統(tǒng)主要通訊協(xié)議定義

（一）系統(tǒng)無線傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器上傳數(shù)據(jù)格式。無線傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器上傳數(shù)據(jù)格式如表1所示：

表1 無線傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器上傳數(shù)據(jù)格式

其中HEAD：數(shù)據(jù)頭，固定為0xfe，LEN：數(shù)據(jù)包長度，ADRL開始到CHK前一個(gè)字節(jié)的字節(jié)數(shù)，CMD0：命令類型，固定為 0x46，CMD1：命令類型，固定為 0x87，ADRL：傳輸信息源節(jié)點(diǎn)的短地址低8位，ADRH：傳輸信息源節(jié)點(diǎn)的短地址高8位，DTYPEL：數(shù)據(jù)類型低位，固定為0x02，DTYPEH：數(shù)據(jù)類型高位，固定為 0x00，DLEN：[SDATA]的長度，REV：保留，固定為0x00，CHK：校驗(yàn)碼，從LEN開始到CHK前一個(gè)字節(jié)的所有字節(jié)依次按字節(jié)異或的值。SDATA：傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)包，多字節(jié)。

SDATA的格式如下：INTEMP+INVOL+PARADRL+PARADRH+[SENSORDATA]。INTEMP:內(nèi)部溫度，INVOL：內(nèi)部電壓，PARADRL：父節(jié)點(diǎn)短地址低字節(jié)，PARADRH：父節(jié)點(diǎn)短地址高字節(jié)，SENSORDATA：傳感數(shù)據(jù)，多字節(jié)，允許沒有。SENSORDATA傳感數(shù)據(jù)的格式如下：

LGTYPE+SORL+SORH+STYPE+SORDATA

LGTYPE:邏輯類型，01---路由;02---全功能節(jié)點(diǎn)；03---終端節(jié)點(diǎn)；

SORL:傳感器編號低位

SORH:傳感器編號高位

STYPE：傳感器類型

SORDATA：傳感數(shù)值，多字節(jié)

例如，F(xiàn)E 16 46 87 1D 4C 02 00 10 00 1A 20 8E B1 02 34 12 30 BC 00 DF 01 7D 02 00 00 98，其中1D 4C: 節(jié)點(diǎn)短地址，8E B1：父節(jié)點(diǎn)短地址，02：邏輯類型，21：傳感器類型，BC 00 DF 01 7D 02 00 00 ：為四通道傳感數(shù)值，四通道電流采集CH1L,CH1H,CH2L,CH2H,CH3L,CH3H,CH4L,CH4H，共8字節(jié)，[CHxH CHxL]:通道x的采樣數(shù)據(jù)，2字節(jié)16進(jìn)制無符號數(shù)。

通道x的計(jì)算方法：電流=3300*[CHxHCHxL]/1023/150（mA），其中3300為滿量程電壓值3300mV，1023滿量程的AD值，150是電流采樣電阻。

1.系統(tǒng)有線傳感網(wǎng)ADAM4150數(shù)字量通訊協(xié)議。

表2 ADAM4150數(shù)字量請求控制指令通信協(xié)議

ADAM4150數(shù)字量請求控制指令格式如表2所示，其中功能碼05表示實(shí)現(xiàn)繼電器控制，若需要獲取設(shè)備狀態(tài)值，功能碼為01；起始地址為13對應(yīng)ADAM4150的DO3通道，14對應(yīng)ADAM4150的DO4，以此類推，若功能碼為01時(shí)，即表示一次獲取設(shè)備狀態(tài)值時(shí)，起始地址固定為00。讀取數(shù)量位表示采集數(shù)字量DI0-DI4通道的狀態(tài)值。CRC高低位是根據(jù)前面要求產(chǎn)生的指令（地址碼、 功能起始、起始地址、起始地址、開/關(guān)、讀取數(shù)量），使用 CRC16校驗(yàn)算法可以算出CRC 低位 、CRC 高位 。

例如，請求指令：01 01 00 00 00 07 7D C8表示為一次獲取ADMA4150設(shè)備狀態(tài)的請求指令，其中07表示要采集DI0-DI6七個(gè)通道的設(shè)備狀態(tài)。請求指令：01 05 00 13 FF 00 7D FF 表示開啟DO3通道對應(yīng)的繼電器。

ADAM4150數(shù)字量響應(yīng)指令格式如表3所示：

表3 ADAM4150數(shù)字量響應(yīng)指令通信協(xié)議

其中0C轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制值（不夠補(bǔ)0），轉(zhuǎn)換后得到的值的0-7位表示DI0-DI6的狀態(tài)，1表示開啟，0表示。系統(tǒng)主要由三個(gè)主要角色：系統(tǒng)管理員、普通用戶、安保人員組成，涉及的主要業(yè)務(wù)流程有發(fā)卡、刷卡驗(yàn)證、安防檢測、移動(dòng)安防，流程圖如下：

圖2 發(fā)卡業(yè)務(wù)流程圖

圖3 刷卡驗(yàn)證流程圖

圖4 安防監(jiān)測業(yè)務(wù)流程圖

圖5 移動(dòng)端安防監(jiān)測業(yè)務(wù)流程圖

三、系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例

為了檢驗(yàn)一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉庫協(xié)同監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性，本文將系統(tǒng)服務(wù)端部署在Intel Core(TM)i5 CPU2.40GHz 4核、4G 內(nèi)存、Win7、Sqlserver2008R2的環(huán)境中，Android移動(dòng)端android 4.0.1操作系統(tǒng)。相關(guān)傳感器節(jié)點(diǎn)、繼電器節(jié)點(diǎn)以及WIFI、串口服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在物流倉管實(shí)訓(xùn)室的安裝的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖6所示。

圖6 網(wǎng)絡(luò)部署拓?fù)鋱D

使用桌面高頻讀寫器完成發(fā)卡操作，系統(tǒng)發(fā)卡運(yùn)行界面如圖7所示。發(fā)卡成功后將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，當(dāng)系統(tǒng)用戶進(jìn)入倉庫時(shí)，使用分發(fā)得到的卡片作為入場憑證，系統(tǒng)驗(yàn)證卡片的卡號、次數(shù)、日期。

圖7 系統(tǒng)發(fā)卡操作界面

倉庫安防管理子系統(tǒng)使用紅外對射、火焰、煙霧等物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)倉庫的安防管理系統(tǒng)，當(dāng)紅外對射檢測到有非法入侵，或者檢測到有火焰、煙霧時(shí)報(bào)警燈閃爍，系統(tǒng)通過Socket通訊方式通知安防移動(dòng)移動(dòng)端，安防移動(dòng)系統(tǒng)接到通知后，可關(guān)閉報(bào)警燈。

安防移動(dòng)移動(dòng)端基于android客戶端實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽倉庫安防管理子系統(tǒng)發(fā)送的警情，運(yùn)行界面如圖8所示，實(shí)現(xiàn)保安對倉庫的實(shí)時(shí)防衛(wèi)。同時(shí)獲取ZigBee四通道溫濕度值顯示在android移動(dòng)端，用戶使用Android移動(dòng)端。

圖8 安防報(bào)警移動(dòng)端運(yùn)行界面

四、結(jié)語

本文給出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉庫協(xié)同監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)的PC客戶端和Android客戶端集成了倉庫視頻監(jiān)控、報(bào)警和環(huán)境監(jiān)控等功能模塊。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分考慮跨平臺互連通用，將原本獨(dú)立運(yùn)行、信息屏蔽的諸多應(yīng)用子系統(tǒng)進(jìn)行橫向協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的綜合管理，智能化聯(lián)動(dòng)。

今后，系統(tǒng)需要進(jìn)一步結(jié)合智能倉儲技術(shù)，豐富物品入庫和出庫方面功能模塊，以實(shí)現(xiàn)“無人職守”倉庫管理系統(tǒng)，增強(qiáng)倉庫系統(tǒng)的整體服務(wù)能力。