基于WSNs的倉庫管理與控制系統(tǒng)的協(xié)議設(shè)計(jì)

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)倉庫管理方式的效率低下等問題，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSNs）設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于倉庫管理與控制系統(tǒng)的協(xié)議。該協(xié)議支持多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的上傳和上位機(jī)控制命令的下發(fā)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；倉庫管理；WSNs；協(xié)議

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及電商、快遞行業(yè)[1][2]的興起，倉庫數(shù)目也隨之與日俱增。傳統(tǒng)的倉庫監(jiān)控與管理需人工駐留現(xiàn)場，采用紙質(zhì)記錄或手工錄入計(jì)算機(jī)等非自動(dòng)化的方式記錄倉庫的異常情況，管理效率極其低下。如何優(yōu)化倉庫的日常管理成為了一個(gè)大眾化的課題。文獻(xiàn)[3]針對(duì)倉庫的出入貨問題提出了一個(gè)自動(dòng)化解決方案。穆鋼等[4]利用PLC控制倉庫設(shè)備。針對(duì)倉庫貨物存儲(chǔ)的問題，章必成等采用RFID技術(shù)進(jìn)行盤點(diǎn)與登記[5]。

本文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的倉庫管理方式進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了基于WSNs的應(yīng)用協(xié)議，該協(xié)議支持多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的上傳和上位機(jī)控制命令的下發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)無需現(xiàn)場值守的遠(yuǎn)程管理與控制。

1 系統(tǒng)總體方案

通過在倉庫內(nèi)部署多個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，借助WSNs將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過串口服務(wù)器將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)。上位機(jī)接收各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后對(duì)各節(jié)點(diǎn)的狀況進(jìn)行顯示并存入數(shù)據(jù)庫以備后續(xù)查驗(yàn)。同時(shí)，管理人員可通過上位機(jī)軟件下發(fā)命令，遠(yuǎn)程控制倉庫的設(shè)施如風(fēng)扇、照明設(shè)備等。

倉庫管理與控制系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖所示。

2 應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計(jì)

倉庫管理與控制系統(tǒng)的應(yīng)用層協(xié)議主要用于支持各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的上傳，以及上位機(jī)對(duì)倉庫設(shè)備的控制。節(jié)點(diǎn)采用支持ZigBee協(xié)議的CC2530單片機(jī)采集數(shù)據(jù)。TI提供了一套關(guān)于ZigBee的完整的自組網(wǎng)協(xié)議，即Z-Stack，本系統(tǒng)采用其精簡版本，即BasicRF。

2.1 終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳協(xié)議的設(shè)計(jì)

終端節(jié)點(diǎn)將各類傳感器數(shù)據(jù)按協(xié)議打包后通過ZigBee上傳到協(xié)調(diào)器。終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳協(xié)議如下表所示：

節(jié)點(diǎn)上電并完成WSNs的初始化后，定時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)并按上表描述的協(xié)議打包，即可發(fā)送到協(xié)調(diào)器。

2.2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳協(xié)議的設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器用于在本網(wǎng)絡(luò)中，收集終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)下發(fā)到終端節(jié)點(diǎn)。由于ZigBee自身無法滿足遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男枨?，因此本文將協(xié)調(diào)器與串口服務(wù)器配合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。其中協(xié)調(diào)器向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議如下表所示：

協(xié)調(diào)器將各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集后，按上表所示的協(xié)議打包，逐字節(jié)送入U(xiǎn)0DBUF或U1DBUF寄存器即可完成串口的發(fā)送。串口服務(wù)器收到協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)為以太網(wǎng)傳輸。

2.3 上位機(jī)控制命令下發(fā)協(xié)議的設(shè)計(jì)

上位機(jī)需要下發(fā)命令控制倉庫的各個(gè)設(shè)備?？刂泼畹膮f(xié)議如表3所示：

上位機(jī)將命令按上述協(xié)議通過串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的方式傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器，由協(xié)調(diào)器根據(jù)協(xié)議中的“目標(biāo)節(jié)點(diǎn)ID”字段轉(zhuǎn)發(fā)到終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)再根據(jù)協(xié)議中的“目標(biāo)設(shè)備ID”字段和“命令”字段實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制。

3 結(jié)語

針對(duì)傳統(tǒng)倉庫管理的效率低下、需要管理人員長期駐留現(xiàn)場的問題，本文基于WSNs設(shè)計(jì)了用于倉庫控制與管理系統(tǒng)的的應(yīng)用協(xié)議。系統(tǒng)使用本協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)倉庫的7*24小時(shí)不間斷的、全方位管理，且支持管理員通過上位機(jī)軟件遠(yuǎn)程查看倉庫狀態(tài)或控制設(shè)備，提升了倉庫的管理效率。

參考文獻(xiàn)

[1]杜丹清.大數(shù)據(jù)時(shí)代的零售市場結(jié)構(gòu)變遷[J].商業(yè)經(jīng)濟(jì)與管理，2015，（2）：12-17.

[2]成希瑤.我國快遞行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策研究[J].物流管理，2011（32）.

[3]馬殷元，蔣蕪遠(yuǎn).自動(dòng)化倉庫管理與控制系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2007，33（19）：233-235，255.

[4]穆鋼，段智敏.OPC技術(shù)在小型立體倉庫監(jiān)控管理系統(tǒng)上的應(yīng)用[J].制造業(yè)信息化，2006（12）：68-70.

[5]章必成，劉宣旺，陳遠(yuǎn)知，楊仕勇.基于WSN與RFID的智能倉庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國傳媒大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2009，16（3）：37-40.

作者簡介

張鑫（1990-），男，四川省大竹縣人，助教，碩士，研究方向：路徑規(guī)劃。