基于無線網絡的倉庫監控系統研究與實現

陳穎　李騰++張宇

摘 要：文章研究了倉庫的監測控制問題，提出了一種基于手機APP和無線網絡技術的倉庫監控系統，利用STC89C52單片機和多種傳感器進行數據采集、處理和傳輸，從而實現了倉庫溫濕度、二氧化碳濃度監測和越限報警的功能。本系統具有遠程監控、集中管理、實時性好、操作方便等優點，具有較大的市場應用前景。

關鍵詞：單片機；無線網絡；GSM短信模塊；倉庫監控

引言

隨著社會經濟的發展和人民物質生活的極大豐富，人們對包裝食品、衣物等環境敏感性消費品的需求不斷增加，對于儲存這些物品的倉儲環境的要求也日趨提高。在現代物流管理中，倉儲系統是重要的物流運作載體，作為市場供應鏈系統的重要節點，其智能化、信息化的實現具有重要意義[1-2]。國務院于《物流業中長期發展規劃》中強調：國家有關部門在未來三年內將圍繞倉儲業法規建設、倉儲建設用地、綠色倉儲、減輕企業稅負、加強倉儲標準化與行業監管等方面陸續研究出臺相關具體政策。由此可見，改進傳統倉儲方法并引入新興科技及管理辦法，以便構建智能倉儲環境監控系統，其對于現代物流的重要意義不言而喻。

傳統倉儲環境監控中，通常采用派遣員工檢測的人工方法，對存貨庫房進行通風、去濕和調溫等工作，不僅效率低下不利于人才資源的充分利用，而且缺乏科學性，測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大[3-4]。連續在線監控的方法則存在監測點分布廣泛、數量較多、位置和數目不定時變動的情況，其建設和維護費用較高，連接線路復雜，不易擴展等缺陷更是無法適應現今日趨提高的倉儲需求。此外，絕大多數現有的監控系統無法及時報警及實時告知入侵情況，對于目前倉庫、家庭等重要區域的安防需求日趨增高的現狀，傳統的人工防盜方法和現今落后的監控系統已然不能滿足實時監控、有效防盜和及時報警的需求。目前，雖已有相關研究采用基于ZigBee的無線通信技術進行相應的倉庫環境智能監控[5]，但是此種方法仍舊存在無線傳輸路由復雜，時常出現數據丟包現象、傳輸距離較短等問題，仍有改進之處。

文章研究的基于短信技術的倉庫監控系統方案由倉庫檢測發送平臺和接收平臺組成，安裝在倉庫各個位置的發送平臺將探測到的數據發送給監控中心的接收平臺，同時接收平臺會將接收到的數據發送給的移動設備，使管理員實時了解倉庫信息或采取有效的應急措施。同時增設倉儲環境信息監測模塊、系統通信及用于實時監控和管理的APP等功能，使本次研究更具有實踐價值，為實際應用打下良好基礎。

1 工作原理

本系統以STC80C52單片機為核心，以溫度、濕度、煙霧等各種傳感器為測量元件來采集實時數據，再將數據傳輸到單片機，最終由內部程序進行處理。同時采集的數據將在MAX7219與6位數碼管組成的數據顯示模塊上顯示。在這之前根據需要設置一點的初始值，當檢測到相應參數超出單片機預設數值時就進行溫度、濕度、聲光等方面的報警，同時利用GSM通信模塊，將以短信形式傳輸至移動終端，或以無線數據形式傳送到手機APP中，由持有者及時進行相應處理，從而實現遠程的智能控制。

2 系統硬件設計

本系統是由單片機、多種傳感器模塊、繼電器等控制裝置、聲光報警裝置、GSM通信模塊等組成的“智能控制”的信息一體化系統。圖1為系統總體方案圖。該系統充分利用MQ-2煙霧傳感器控制模塊、溫濕度控制模塊、GSM手機通信模塊和MAX7219與6位數碼管組成的數據顯示模塊，實時監控測量并及時傳輸倉庫中的各種檢測到的環境參數，工作人員在智能手機APP或者短信中可以清晰地了解實時狀況。一旦檢測到的數據異常時，可人為地利用手機APP控制相關設備進行工作或者停止工作，在無人的情況下進行調整，直至系統反饋回的相應參數達到正常范圍值?；贏ndroid平臺開發的、用于監測數據的APP，通過數據傳輸直接檢測相應被控量，實現了移動智能終端軟件與控制系統硬件的分離，不僅深度挖掘了APP的使用價值，更是極大地擴展了整個系統的功能，具有很強的實用性和可控性。

2.1 系統總體結構

系統以單片機作為總體控制核心，應用無線通信技術及聲光、二氧化碳濃度、溫濕度等多種檢測技術，以SHT10、MQ-2作為檢測元件，智能手機APP，構成倉庫監測控制系統。系統總體結構由STC89C52單片機、電源、時鐘電路等組成。信號采集模塊由溫度濕度傳感器電路、繼電器、數模轉換等模塊組成。系統由STC89C52單片機、nRF24L01無線模塊、MAX7219與6位數碼管組成的數據顯示模塊、A6型GSM通信模塊、聲光報警裝置、DS18B20溫度傳感器、SHT10濕度傳感器、MQ-2煙霧傳感器等多種模塊組成。

2.2 模塊設計

2.2.1 GSM模塊

GSM模塊采用A6型號，可以在低功耗條件下實現短信息、語音通話等信息傳輸功能，還可按照要求內置相應客戶應用程序，性能強大。智能手機的普及，信息技術的發展，手機APP的廣泛應用性，以及超低的通信成本，不受地域限制的無約束性，讓它與倉庫監控系統結合起來是未來智能倉庫的發展趨勢，是時代的選擇。該監控系統以各傳感器作為測量元件，以智能手機中的APP信息接收模塊或短信模塊作為接收終端，當檢測到倉庫內聲光異?；驕貪穸鹊拳h境參數超過預設值時，手機會自動收取來自智能報警系統的報警短信或者內部APP會自動收到相應報警數據，經由人為操控繼電器等相應控制元件進行反饋，這樣便可實時接收報警及準確遠程控制。

2.2.2 溫度檢測模塊

溫度傳感器采用DS18B20型號，該傳感器能夠通過其內部的鉑熱電阻精確測量溫度，并通過數模轉換模塊將溫度直接轉換成數字信號，在不需要外加模數轉換的前提下，可以和單片機進行通訊，測測量范圍較廣，精確度高，適合倉庫的管理。

2.2.3 MQ-2煙霧傳感器

煙霧傳感器采用MQ-2傳感器，具有較好的精度及穩定性。MQ-2型煙霧傳感器采用二氧化錫半導體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導體，以氧離子影響半導體電子密度，從而影響導電率這點工作原理可以獲得煙霧存在的信息，煙霧的濃度越大，導電率越大，輸出電阻越低，則輸出的模擬信號就越大，實現了對煙霧濃度的測量。

2.2.4 濕度檢測模塊

溫度檢測模塊采用SHT10傳感器，其監測準確、穩定性好、響應迅速、抗干擾能力強。SHT10傳感器具有數字信號輸出、免調試等特點，濕度測量范圍：0～100%RH，濕度測量精度：±4.5%RH，節省I/O口線和A/D器件，信號的調理都在芯片內部完成，實現了對溫濕度參數的精確測量。

2.2.5 A/D轉換模塊

A/D轉換器模塊采用ADC0809型號，該模塊穩定性好、響應迅速、抗干擾能力強。其內部含有8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。包含通道地址譯碼鎖存器，輸出模塊帶三態數據鎖存器。輸出控制通道由繼電器、風扇、MQ-2傳感器、聲光報警裝置等組成，可直接調節相應環境參數。

2.2.6 顯示模塊

MAX7219與6位數碼管組成的數據顯示模塊，可供檢測人員于倉庫內部現場了解倉儲信息。使用單片機的串口模塊與GSM模塊的連通，實現倉庫終端與智能手機端的數據傳輸，與設計開發出的安卓APP配合使用，能夠遠程獲得倉庫數據以及遠程監控和管理倉庫。

2.2.7 nRF24L01無線模塊

nRF24L01是一款新型單片射頻收發器件，于2.4GHz～2.5GHz全球開放ISM頻段免許可證使用，具有功耗低，高效GFSK調制，抗干擾能力強等特點。內置頻率合成器、晶體振蕩器、調制器等多種功能模塊，通過SPI方式完成數據的發送與接收，用于無線傳輸數據，距離不遠，一般只是能夠滿足小距離的傳輸，通過STC89C52單片機控制MAX7219在數據顯示模塊中顯示相應數據。

2.2.8 鍵盤模塊

鍵盤模塊實現控制顯示、屏蔽無線通信、取消報警、設置不同用戶手機號等功能。根據倉庫存儲物需要的溫度、濕度等預先設定合適的閾值，超出閾值時，蜂鳴器發出警報。

3 軟件設計

當我們系統開機以后，設計好的軟件進行工作，開始控制傳感器和各種反饋裝置對倉庫中的環境參數進行實時智能的調節。首先，傳感器監測倉庫中的各種環境因素，同時會在6位數碼管上實時顯示刷新。如當檢測到CO2和粉塵濃度高于我們設定的初始值時，系統會將信息發送到智能手機APP上，當接收指令后可以啟動風扇、空調等控制器件，對環境進行修繕。系統軟件設計流程圖如圖2所示。

4 結束語

文章所設計的倉庫管理系統是一個針對倉庫倉儲環境的實時檢測和控制系統，為的是能適應未來倉庫的各種需求。將數據傳輸和傳感器檢測技術相結合，打造了新型的便捷型，實用型，準確型，多樣型的智能化監管系統，它完全可勝任人們對于倉庫存儲的要求，隨著人們對未來倉庫的需求與要求越來越高，倉庫在物流中也顯得尤為重要，該倉庫系統是在物聯網發展潮流下應運而生的產物。

參考文獻

[1]王璐超.基于WSN的倉儲環境監控系統關鍵技術研究[D].北京物資學院，2008.

[2]吳忻生，袁鵬.數字化倉庫遠程監控系統的設計與實現[J].華南理工大學學報（自然科學版），2003，31（9）：31-34.

[3]姚志強，朱恒軍，都文和，等.基于物聯網的智能倉庫監控系統設計與實現[J].河北工程大學學報（自然科學版），2014，31（2）：86-88，97.

[4]張毅，段維俊，魏軍剛，等.基于物聯網架構的倉庫溫濕度監控系統的設計[J].物聯網技術，2013（6）：71-73.

[5]褚洪濤，閻波.基于ZigBee無線傳感器網絡的倉庫監控系統的設計與實現[J].中國集成電路，2009，18（11）：73-76.

作者簡介：陳穎（1995-），女，本科生，主要研究方向：單片機系統。

李騰（1997-），男，本科生，主要研究方向：單片機系統。

張宇（1995-），男，本科生，主要研究方向：單片機系統。