一种基于物联网技术的物流柜振动远程监控系统

文章设计了一种基于物联网技术的物流柜振动远程监控系统，可实时监控物品运输过程中的温湿度、方位角、加速度、振动功率谱等参数，并通过N8-410T接入物联网云端，可实时查询，并对可能发生的货物损坏做出预警。

1 系统总体方案

采用物联网设计思维，基于高精度数字传感器技术、ZigBee短距离无线通信技术、NB-0T低功耗广域网(LPWAN)以及高性能低功耗数字信号处理器(D0igital Signal Processing,DP)进行系统设计。该系统采用分布式组网方式，主要由物联网云平台、网关节点和传感器节点组成，其中网关节点和传感器节点均装置于物流柜内。系统总体方案如图1所示。

2 系统硬件设计

系统硬件设计主要包含传感器节点和网关节点两部分。

2.1 传感器节点硬件设计

传感器节点硬件系统包含ZigBee控制/通信单元、六轴运动传感器、温湿度传感器等几部分，其原理框图如图2所示。

1)ZiqBee控制/通信单元

文章选用CC2530作为微控制器和ZigBee通信单元，进一步简化硬件系统，降低系统功耗，降低系统成本，CC2530是美国德州仪器公司(T)推出的一款基于Simplelink解决方案的无线应用单片机系统，与传统的8051核单片机不同，CC2530内置了射频收发器，提供了一种满足2.4 GH2应用的第二代片上系统解决方案、支持IEEE 802.15.4标准、ZigBee协议及RF4CE标准协议，结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈(Z-StacKTM),提供了一个强大和完整的ZigBee解决方案，其电路原理图如图3所示。

2)六轴运动传感器单元

文章选用ICM+20602作为加速度传感器和方位角传感器，ICM.20602是一个六轴运动跟踪装置，包含一个3轴陀螺仪和一个3轴加速度计，具有和串行外设接口(Seral peipheral interace,SPl)，通过对分散原件的系统级整合，提供了最佳的运动性能，支持20 000 g的冲击可靠性，具有很高的鲁棒性,其功能框图如图4所示。

3)温湿度传感器单元

文章选用HDC2010作为温度传感器和湿度传感器。HDC2010是一款采用超紧凑晶圆片级芯片规模封装(wafer Level chip Scale Packaging,WLCSP)的集成式湿度和温度传感器，能够以超低功耗提供高精度测量。HDC2010的传感元件位于器件底部，有助于免受粉尘、灰尘以及其他环境污染物的影响，从而更加稳定可靠，为各种环境监测应用和物联网提供高精度测量功能，温度精度为0.2'℃,相对湿度精度为2%,并配备了加热元件，可消除冷凝和湿气，从而增加可靠性。其功能框图如图5所示。

2.2 网关节点硬件设计

网关节点硬件系统包含DSP单元，ZoBee通信单元、容带物联网lNamow Band Intemetof Things,NBD0T)、全球导航卫星系统(Globa Navgation Satelite systemn, GNSS)通信单元、实时时钟(ReITime CocK,RTC)单元、有机发光二极管(0rganic lightEmiting Diode,OLED)显示单元、数据存储单元等几部分，其原理框图如图6所示，其中，网关节点采用与传感器节点一样的zgBe通信单元电路，通过异步串行通信与DSP进行数据交互。

1)DSP单元

TMS320F2808是德州仪器(T1推出的一款高件能32位教字信号外理器，具有低成本，低功耗和高件能的特点，最高运行速度可达100 MPS,片上集成了多种功能强大的增强型外设模块，使其具有强大的数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，形成了真正的单校片教字信号处理控制器，特别活用于工业、汽车，医疗和消费类市场中有大量数据处理的测控和电机控制场合。其电路原理图如图7所示。

2)NB-IOT、GNSS通信单元

文章采用移远通信的BC20作为NB-OT、GNSS通信单元。BC20是一款支持GNSS定位功能的高性能NB-0T模块，通过NB-0T无线电通信协议(3GPPReL.13),BC20模块可与网络运营商的基础设备建立通信，GNSS接收机集成了北斗卫星导航系统、全球定位系统(Globa Posioning Systemn,GPS)格洛纳斯(GLONASS)定位和导航系统，可多系统联合定位，支持多种星基增强系统(Ssatete-BasedAugmentation Syste,SBAS)信号接收处理，能够在最小功耗时实现工业级的接收灵敏度、高精确度以及快速首次定位，几乎能满足所有机器对机器(M2M)领域的应用需求，其电路原理图如图8所示。

3)RTC单元

文章采用美信半导体(MAXIM)的DS1307作为RTC实时时钟单元，利用法拉电容为RTC提供备用电源，DS1307是一种低功耗、全二进制编码十进制时钟/日历，通过PC双向总线串行传输。DS1307具有内置电源感应电路，可检测电源故障并自动切换到备用电源，确保计时操作继续进行。其电路原理如图9所示。

4)数据存储单元

文章采用意法半导体(ST)的M24M02作为数据存储单元。M24M02为industialLPus级105 ℃标准I2C EEPROM产品，具有更大的工作温度范围，适用于智慧城市和智能产业解决方案。产品采用I2C协议，工作于1MHz,存储容量可达2 M,支持每字节高达400万次、每设备超过1亿次写入/擦除，具有200年的数据保存时间。其电路原理如图10所示。

5)OLED显示单元

文章采用金鹏电子的OLED模组作为显示单元。OCMO25664-3是一款OLED显示器，控制器为SSD1322,显示256x64点阵，显示对比度强烈，支持8位680和8080并口，三线和四线SPI串口，其电路原理如图11所示。