基于Zigbee的倉(cāng)庫(kù)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

摘要：當(dāng)前大部分倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)是基于局域網(wǎng)體系建設(shè)的，很多體系獨(dú)立布局，無(wú)法有效地和廣域網(wǎng)的智能終端相連接。文章重點(diǎn)分析了一種基于Zigbee的倉(cāng)庫(kù)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以CC2532芯片為基礎(chǔ)，在倉(cāng)庫(kù)當(dāng)中采集相應(yīng)的溫濕度、熱釋電人體紅外信號(hào)、可燃?xì)怏w信號(hào)等，并且上傳到云平臺(tái)，依照管理要求進(jìn)行消防聯(lián)動(dòng)通風(fēng)和噴淋滅火，通過(guò)配置Zigbee網(wǎng)關(guān)的方式轉(zhuǎn)變，有效解決有線傳感器部署過(guò)程中的各種問(wèn)題，保障了倉(cāng)儲(chǔ)的環(huán)境檢測(cè)和消防安全監(jiān)測(cè)，使得整個(gè)系統(tǒng)更為安全、高效、可靠。

關(guān)鍵詞：Zigbee;物聯(lián)網(wǎng);倉(cāng)儲(chǔ);環(huán)境檢測(cè);消防安全監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：X830.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）11-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.114

Design of warehouse environment detection system based on Zigbee

Fu Chenhui

（Sinotrans Xiamen Co.，Ltd.，Xiamen Fujian 361010，China）

Abstract：Most of the current warehouse environment detection system is based on the local area network （Lan） system construction， many of the independent layout of the system，can not effectively and the WAN intelligent terminal connection.This paper focuses on the analysis of a warehouse environment detection system based on Zigbee.The system is based on CC2532 chip，which collects the relevant temperature and humidity， pyroelectric human body infrared signal，combustible gas signal and so on in the warehouse，and uploads it to the cloud platform，according to the management requirements，the fire-fighting linkage ventilation and spray fire-fighting are carried out， and through the change of the way of configuring Zigbee gateway，various problems in the deployment of wired sensors are effectively solved，thus ensuring the environmental detection and fire-fighting safety monitoring of warehouses， make the whole system more safe，efficient and reliable.

Key words：Zigbee; Internet of Things; Warehousing; environmental testing; Fire safety monitoring

1 基于Zigbee的倉(cāng)庫(kù)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義

當(dāng)前全球化經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，倉(cāng)庫(kù)的數(shù)量、存儲(chǔ)規(guī)模逐年增加，導(dǎo)致對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)安全管理的要求也進(jìn)一步提高。在倉(cāng)儲(chǔ)管理過(guò)程中，除了需要加強(qiáng)防盜、防火安全管理外，還要進(jìn)一步將倉(cāng)庫(kù)管理融入互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。盡管目前有些倉(cāng)庫(kù)能夠?qū)貪穸?、人員入侵情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和監(jiān)控，但是在報(bào)警方式和處理問(wèn)題方面依然依賴于人工，其根本原因是體系框架過(guò)于簡(jiǎn)單，構(gòu)架也僅局限于局域網(wǎng)的一種或幾種簡(jiǎn)單的倉(cāng)庫(kù)套件應(yīng)用，各種操作都賴于人工。當(dāng)涉及較為復(fù)雜、繁瑣的操作時(shí)，在操作的過(guò)程中耗費(fèi)大量人力、物力。因此，加強(qiáng)系統(tǒng)的優(yōu)化，重視關(guān)鍵點(diǎn)的控制，通過(guò)云平臺(tái)加強(qiáng)無(wú)線倉(cāng)儲(chǔ)智能監(jiān)控預(yù)警顯得越來(lái)越重要，本設(shè)計(jì)在原有倉(cāng)庫(kù)信息系統(tǒng)的條件下，與一些傳感器相結(jié)合，形成一個(gè)高效率、低成本的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，確保倉(cāng)庫(kù)的安全性。

2 基于Zigbee的倉(cāng)庫(kù)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)組成與功能

Zigbee作為一種無(wú)線通信技術(shù)，其主要特點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)容量大、成本低、能耗低，運(yùn)行較為安全。在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中主要通過(guò)Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)來(lái)建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境檢測(cè)和消防安全監(jiān)測(cè)。

其構(gòu)架主要分成外部客戶端、互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)以及無(wú)線傳感器三個(gè)部分，形成應(yīng)用層、感知層、傳輸層。無(wú)線傳感器主要包含了傳輸系統(tǒng)、傳感器、云平臺(tái)等，感知層主要是分布與倉(cāng)庫(kù)當(dāng)中的各種傳感器組成的，基于Zigbee技術(shù)的特點(diǎn)形成完善的路由、終端節(jié)點(diǎn)等。

傳感器可以有效對(duì)倉(cāng)庫(kù)當(dāng)中的溫度、濕度、可燃?xì)怏w等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并且通過(guò)傳感系統(tǒng)進(jìn)入網(wǎng)關(guān)。云平臺(tái)在設(shè)計(jì)過(guò)程中是傳感器之間進(jìn)行連接，通過(guò)對(duì)應(yīng)的協(xié)議獲得參數(shù)，并且將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中以便后續(xù)使用。在實(shí)踐當(dāng)中，通過(guò)Java開(kāi)發(fā)B＼S結(jié)構(gòu)的管理云平臺(tái)，可以通過(guò)瀏覽器讓用戶進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的查看和管理，對(duì)于不同網(wǎng)關(guān)連接設(shè)備進(jìn)行智能化的配置，在管理過(guò)程中可以有效地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送。

系統(tǒng)在工作的過(guò)程中每隔5s將傳感器數(shù)據(jù)上送到云平臺(tái)，并且進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)分析和處理，如有必要還可以引入大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。智能化數(shù)據(jù)在運(yùn)行過(guò)程中依照采集的數(shù)據(jù)要求和既定的管理策略進(jìn)行命令的發(fā)送，提高運(yùn)行的效果，讓物聯(lián)網(wǎng)關(guān)依照要求進(jìn)行操作執(zhí)行相關(guān)的執(zhí)行器，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以有效地將數(shù)據(jù)發(fā)送給手機(jī)終端，如果出現(xiàn)嚴(yán)重火災(zāi)等，可以自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警裝置，并將電磁閥控制的噴頭打開(kāi)，用于進(jìn)行滅火[1]。

3 基于Zigbee的倉(cāng)庫(kù)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選型部署

本系統(tǒng)當(dāng)中的硬件主要包含了傳感器、執(zhí)行器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，還有Zigbee的節(jié)點(diǎn)、視頻攝像頭等。

3.1.1 傳感器

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，溫濕度傳感器、人體紅外感應(yīng)傳感器、可燃?xì)怏w傳感器等都通過(guò)無(wú)線模式進(jìn)行配置，使用鋰電池供電。采集終端節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境信息與合理參數(shù)上下限進(jìn)行判斷，超出上下限時(shí)PC 管控平臺(tái)會(huì)進(jìn)行報(bào)警并記錄異常信息。

3.1.1.1溫濕度傳感器

溫濕度傳感器使用的主要是DHT11。DHT11傳感器是一種復(fù)合式的溫濕度傳感器，集成了溫濕度傳感和數(shù)字采集，可以確保產(chǎn)品具有較高的穩(wěn)定性，長(zhǎng)期應(yīng)用時(shí)具有較好的效果，傳感器只有一個(gè)NPC元件，具有較高的響應(yīng)速度和抗高壓能力，而且性價(jià)比較高。每個(gè)傳感器都在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行正確的校正，在應(yīng)用過(guò)程中使用單線制串行接口，具有極低的功耗，超小的體積，可以在倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行穩(wěn)定的使用，讓整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單易用[2]。

3.1.1.2氣體傳感器

氣體傳感器使用的是514mq-2mq-27t傳感器，能夠有效地感知周邊的可燃?xì)怏w，在超低壓條件下也能夠有效工作，而且其電導(dǎo)率會(huì)隨著可燃?xì)怏w濃度的增加而逐步增加，穩(wěn)定性較好。在操作的過(guò)程中通過(guò)簡(jiǎn)單的電路就可以有效地對(duì)電導(dǎo)率和氣體濃度之間的輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以有效分析甲烷、氫氣等可燃?xì)怏w，是一種低成本傳感器。

3.1.2 執(zhí)行器

執(zhí)行器主要由繼電器，各種自動(dòng)噴水、通風(fēng)等設(shè)施構(gòu)成，都可以通過(guò)繼電器進(jìn)行控制，在繼電器應(yīng)用過(guò)程中和傳感器相同，接入Zigbee控制板當(dāng)中。

3.1.3 ZigBee組網(wǎng)和網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)

ZigBee管理系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)是無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，系統(tǒng)中各部分都需要由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，是設(shè)備交互數(shù)據(jù)的通道，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能很大程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、可行性。ZigBee 技術(shù)相比WiFi、藍(lán)牙等其他無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，具有組網(wǎng)性能好、可靠性高、功耗低、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)是云平臺(tái)和各種硬件傳感器之間進(jìn)行連接的重要中間件，主要用于對(duì)傳感器信息進(jìn)行收集，并且利用網(wǎng)絡(luò)的方式向平臺(tái)進(jìn)行傳送，網(wǎng)關(guān)設(shè)置過(guò)程中，可以有效切換傳輸模式，可以使用rj45與以太網(wǎng)進(jìn)行連接，也可以使用內(nèi)部芯片與WiFi進(jìn)行連接，可以有效與云平臺(tái)進(jìn)行通信[3]。

3.2 選型與部署原則

傳感器的選型需要對(duì)精度和量程進(jìn)行充分考慮，如果精度較高，傳感器的位置和節(jié)點(diǎn)的數(shù)量增多，會(huì)導(dǎo)致成本偏高，而Zigbee通信特點(diǎn)和要求是各節(jié)點(diǎn)的距離需要控制在20m以內(nèi)，溫濕度傳感器屬于密封的，因此需要注意在安裝的過(guò)程中依照其測(cè)量特點(diǎn)進(jìn)行鋪設(shè)，最適合連接在風(fēng)扇或空調(diào)附近，光照火焰的傳感器一定部位上不能遮蓋執(zhí)行系統(tǒng)，主要用于進(jìn)行滅火照明通風(fēng)等控制。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

3.3.1 云平臺(tái)設(shè)計(jì)

云平臺(tái)主要是通過(guò)Java系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種B＼S構(gòu)架的程序，可以用于進(jìn)行控制數(shù)據(jù)的查看以及設(shè)備的管理，程序當(dāng)中通過(guò)css進(jìn)行布局，并且利用Java編程語(yǔ)言對(duì)API進(jìn)行調(diào)用，以便對(duì)服務(wù)器端腳本編程和控制[4]。外部服務(wù)器通過(guò)騰訊云服務(wù)器進(jìn)行搭設(shè)，在架設(shè)的過(guò)程中IP地址是固定的，管理員可以通過(guò)域名或者登錄IP地址來(lái)進(jìn)行網(wǎng)關(guān)設(shè)備的添加，穩(wěn)定性很好，每個(gè)網(wǎng)關(guān)有唯一識(shí)別號(hào)進(jìn)行識(shí)別，避免系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂，各個(gè)云平臺(tái)可以添加多個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，這樣可以集中對(duì)平臺(tái)當(dāng)中的倉(cāng)儲(chǔ)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。

3.3.2 移動(dòng)端設(shè)計(jì)

移動(dòng)端主要針對(duì)安卓系統(tǒng)進(jìn)行編程，客戶在登錄移動(dòng)端之后可以了解倉(cāng)庫(kù)的平臺(tái)信息，可以通過(guò)移動(dòng)客戶端來(lái)進(jìn)行監(jiān)控參數(shù)的配置并接收?qǐng)?bào)警信息。

3.4 監(jiān)測(cè)與控制策略

傳感器通過(guò)采集各種電信號(hào)轉(zhuǎn)化為需要的數(shù)據(jù)，上傳給云平臺(tái)?？梢噪S時(shí)在管理系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行添加部件。在執(zhí)行器和傳感器的實(shí)際應(yīng)用時(shí)通過(guò)序列號(hào)進(jìn)行區(qū)分，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的邏輯設(shè)備。其次可以進(jìn)行傳感器變量的添加，在云平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中對(duì)各監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的傳感器設(shè)置連接。在實(shí)際操作過(guò)程中，合理地進(jìn)行控制策略的設(shè)定也是非常重要的。執(zhí)行器通過(guò)設(shè)定參數(shù)關(guān)聯(lián)傳感器，各個(gè)不同的倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)在參數(shù)需求方面具有一定差別，需要注意加強(qiáng)通風(fēng)、溫度報(bào)警、噴淋等參數(shù)的設(shè)置，并且針對(duì)性進(jìn)行應(yīng)用，讓系統(tǒng)處于自動(dòng)監(jiān)控的狀態(tài)[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

在各系統(tǒng)搭建完成之后，需要有效分析溫濕度傳感器、光照傳感器，并且要進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試時(shí)要人工控制溫濕度等傳感器達(dá)到閾值，判斷是否能夠自動(dòng)打開(kāi)噴淋頭、滅火器等相應(yīng)電磁閥。另外，需要分析系統(tǒng)是否能夠依照策略對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行控制，在啟動(dòng)系統(tǒng)之后還需要注意加強(qiáng)主網(wǎng)操作，在序列號(hào)正確、通信系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下逐一將節(jié)點(diǎn)通電，讓整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)處于完全上線的狀態(tài)下，對(duì)其魯棒性和穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-09-06

作者簡(jiǎn)介：傅晨暉（1984-），男，漢族，本科學(xué)歷，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)閭}(cāng)儲(chǔ)、環(huán)保。