基于ZigBee的仓库监控系统设计

引言

随着信息技术的不断发展，尤其是网络技术的广泛应用，传统的仓库管理方式也朝着智能化方向发展。传统仓库管理需要人工实时查看仓库内的温湿度、光照、火警和安全情况,费时费力，效率较低；另外，如果采用布线方式组成有线网络监测仓库内环境参数，存在布线复杂、维护不便、成本高等缺点。因此，采用无线网络方式(WSN)[1]监测仓库环境是一个发展趋势。

ZigBee[2]是一种低成本、低功耗、低速率、短距离无线网络技术，它适用于通信数据量不大，数据传输速率相对较低,分布范围较小，但对数据的安全可靠有一定要求，而且成本和功耗非常低，并容易安装使用的场合，在工业控制、智能建筑、家庭自动化、无线传感器网络、能源管理、智能交通、个人护理等领域都有用武之地。

本文设计了一种基于ZigBee的仓库监控系统。该系统使用了5种传感器：温湿度传感器、光敏传感器、烟雾传感器、红外传感器和超声波传感器。当收到外界触发时，这些传感器采集外界物理量参数，与之相关的ZigBee节点处理后，通过ZigBee路由节点传给协调器，协调器通过串口将这些数据传给上位机VB软件进行处理，显示出各种传感器的参数值,并将数据存储到后台数据库中。在局域网内，通过浏览网页的形式查看仓库内情况，便于管理员做出决策，如打开通风孔,打开遮阳板等。

1总体设计

整个仓库管理系统由3个部分构成：数据采集、数据传输和数据显示。数据采集模块由传感器和CC2530节点两部分构成：传感器感知外界信号；CC2530节点对传感器采集的信号进行处理，使之成为数字量。数据传输模块为路由节点，它在网络中仅起数据转发和扩大传输距离的作用，并且路由节点通过路由将CC2530节点采集并处理的数据无线传递给协调器。协调器通过串口将数据传给PC机，并且将数据保存在后台数据库中。这些数据在PC机上可以实时显示，用户也可以通过访问数据库查询传感器的相关信息。系统结构图如图1所示。

图1  系统结构图

2硬件设计

系统硬件由三个部分构成：ZigBee终端节点、ZigBee路由节点和ZigBee协调器。

2.1ZigBee终端节点

ZigBee终端节点由CC2530核心板团、外围电路和传感器三个部分组成。CC2530核心板是由业界标准的增强型51单片机［4］和RF无线射频模块组成，系统内可编程的256KB闪存，8KBRAM和许多其他强大的功能。CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适用低功耗要求的系统。核心板原理图如图2所示。

本系统运用到了5种传感器，分别是烟雾传感器、红外传感器、温湿度传感器、超声传感器和光敏传感器。因各种传感器的插槽结构都相同，仅对应的数据口不同，故以温湿传感器为例说明硬件结构，其他传感器在此不做赘述。所用的DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包含一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机连接。此传感器有3个有效引脚：VDD、DATA（接P1.2口）、GND。其接口电路图如图3所示。

2.2ZigBee路由节点

ZigBee路由节点仅仅作为数据转发的中转站，寻找最佳路由，提高数据传输距离，故其硬件原理图与ZigBee终端节点大致相同，只是缺少传感器连接设计。

2.3ZigBee协调器

ZigBee终端节点采集数据经路由器节点无线发送给协调器，为了形象地看到数据信息，在协调器上加了LCD12864液晶屏，这样便于查看，其他硬件部分与ZigBee路由节点大致相同。LCD12964液晶屏原理图如图4所示。

3软件设计

系统软件主要包括数据采集与传输程序、协调器控制程序和上位机数据显示程序。

3.1数据采集与传输程序

数据采集程序主要采集仓库内的温湿度和光照情况。当有盗贼时，就会触发红外传感器报警，并且启动超声波传感器测量盗贼的距离情况；当发生火灾时，烟雾传感器就会启动，蜂鸣器报警。其流程图如图5所示。

3.2协调器控制程序

协调器负责把节点传来的数据通过串口传给上位机进行处理和显示，并且，上位机也通过串口向协调器发送控制指令，协调器将指令处理后发送给终端节点，终端节点进行相应操作。其流程图如图6所示。

3.3上位机数据显示程序

上位机数据显示程序包括数据处理和信息查询两部分。数据处理模块基于VB6.0[6]实现，主要包括串口通信与数据处理和显示。使用MSComm控件来实现串口通信，使之非常方便地连接协调器设备和对数据进行处理。终端节点将相应信息无线发给协调器，协调器通过串口传给VB上位机软件，在VB中对数据进行处理，并将数据信息显示在VB界面上。VB界面上显示红外传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、光敏传感器、超声波传感器的数据信息。图7为传感器节点显示图。

传感器节点数据经VB处理显示后，同步存到后台SQLServer[7]数据库服务器中，以便用户进行历史数据的查询和调用。数据库有对应5个传感器节点的5张表，以温湿度传感器为例，表内字段包括ID（传感器ID号），Time（采集时间），Temperature（温度值）,Humidity（湿度值）。

除了通过VB上位机实时监控传感器状态外，还可以通过网页形式在局域网任何地方查看传感器状态。网页语言使用ASP.net同实现，主要实现过程是读取SQLServer数据库中表的字段值，然后发布到IIS服务器，这样使得用户在局域网中的任何位置都能通过网页形式访问数据库，查看传感器节点状态信息。

4结语

本文提出了一种基于ZigBee技术的仓库管理监控系统来为布线困难、维护不易的领域解决了数据采集、传输和监控的难题。在远程端可以通过上位机软件监控现场内的各种物理信息，无需人为干预，起到防火、防盗的作用，并且加入CO传感器、酒精传感器等各种传感器后，能布置到充满有毒、有害气体的领域。

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