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摘 要： 为了提高仓库环境监测的信息化和智能化的水平，解决监测仓库环境手段少、监测环境方式落后、仓库管理效率不高等问题，设计并实现了基于物联网的仓库环境监测系统。该系统结合了多种智能化的技术如ZigBee通信技术、嵌入式技术等，实时采集所需要的环境值，自动判断和处理一些异常情况;将远端监控中心、手机控制端、本地监控室、通信转发室、以及远端的仓库智能互联起来，实现仓库环境的监测。系统实际的运行效果显示，该系统的体系架构可行，系统功能稳定，能够极大地提高仓库环境的管理效率。
关键词： 物联网; ZigBee; 仓库管理; 环境监测; 嵌入式技术; 实时采集
中图分类号： TN711?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）10?0108?05
Abstract： To improve the informatization and intelligentization level of warehouse environment monitoring and resolve the problems such as few warehouse environment monitoring means， backward environment monitoring style， low warehouse management efficiency， a warehouse environment monitoring system based on Internet of Things （IoT） was designed and implemented. Multiple intelligent technologies such as ZigBee communication technology and embedded technology are combined in the system to collect the required environment values in real time and automatically judge and deal with some unusual circumstances. The warehouse environment monitoring was realized by intelligent connection of remote control center， mobile phone control terminal， local control room， communication forwarding room， and remote warehouse. The actual operating effect of the system shows that the system has a feasible architecture and stable function， and can greatly improve the efficiency of warehouse environment management.
Keywords： IoT; ZigBee; warehouse management; environmental monitoring; embedded technology; real?time acquisition 0 引 言
随着科学技术的发展和智能化水平的不断提高，智能化系统应用的范围也越来越广，给人们的生活带来了便利。在仓库环境监测这个领域存在智能化水平不高、管理和监测环境效率低、不同的仓库监测数据种类差异大等问题。这就需要建立并验证一种体系架构，能够将一些智能化技术有效融合到环境监测这个领域中去，并且能为解决走线复杂、成本高、传感器种类多样、综合管理效率低等问题提供基本的方法。
分析研究这些实际问题之后，建立了基于物联网的仓库环境监测系统，该系统能够将远端监控中心、手机控制端、本地监控室、通信转发室、以及远端的仓库智能互联起来，能够实现仓库环境的监测，运行稳定，满足了仓库对环境监测的需求[1?3]。 1 系统总体设计
1.1 系统功能设计
本文系统主要实现对整个仓库环境的监测，能够实时采集所需的仓库环境数据，具有ID卡身份识别，远程配置阈值参数，自动故障处理与报警，仓库数据的统一管理等功能。
1.2 系统基本组成
该系统由数据采集终端、通信转发设备、本地监控设备、手机控制端和远端监控软件等组成。各个设备模块之间能够实现有效的数据通信。系统示意图如图1所示。
1） 数据采集终端用于远程仓库环境数据的监测，能够自动实现数据的实时采集和电机、继电器等的控制。
2） 通信转发设备能够实现外接设备之间的通信，具有ID卡识别、加密、数据转发等功能。
3） 本地监控设备用于让仓库现场管理人员监控整个仓库的环境数据。该设备具有数据采集、异常报警、数据通信、数据显示和控制相关设备等功能。 4） 手机控制端主要是让管理人员用手机端实时观测各个远端仓库的数据，并且能够设置仓库环境参数的上下限阈值，控制数据采集终端外接的步进电机和继电器。
5） 远端监控软件能够对整个仓库的环境运行状况实时的显示，并可以对温湿度、光照等环境值设置阈值。该软件能够对仓库进行统一管理，提高了仓库环境的管理效率[4?6]。 2 系统硬件设计
2.1 数据采集终端硬件电路设计
数据采集终端硬件采用TI公司的CC2530芯片，CC2530芯片内部带有RF模块，是一款可以用于ZigBee通信的片上系统。该芯片内部集成了ADC等模块，可以灵活地外接多种器件，从而能够采集光照、温湿度，控制电机和继电器等。硬件示意图如图2所示。
2.2 通信转发设备硬件电路设计
通信转发设备使用意法半导体的STM32F103[7]芯片来开发。该设备可以提供数据通信的接口，实现协议的转换、加密、ID卡身份识别等操作。实际测试中，与射频ID卡识别模块、串口转WiFi模块、本地监控设备和ZigBee网络接口相连接。此设备的硬件电路示意图如图3所示。
2.3 本地监控设备硬件电路设计
本地监控设备采用意法半导体的STM32F401芯片开发。设备外接有显示屏、温湿度传感器、光照传感器、多个手动按键、步进电机、继电器、蜂鸣器、报警屏、其他设备通信接口等。其中多个手动按键可以实现手动控制继电器、步进电机等功能。设备硬件电路示意图见图4。 3 系统软件设计
系统软件设计包括了数据采集终端、通信转发设备、本地监控设备、手机控制端和远端监控中心的软件设计。
3.1 数据采集终端软件设计
数据采集终端是在IAR开发环境中进行，使用TI公司的Z?Stack协议栈[8?9]。数据采集终端中采集终端节点的软件流程图如图5所示。
软件设计中首先对CC2530硬件、PANID等进行初始化操作，在OSAL_SampleApp.c文件中的tasksArr[]数组添加SampleApp_ProcessEvent，在SampleApp.h头文件中定义UINT16 SampleApp_ProcessEvent（uint8 task_id， uint16 events），在SampleApp.c中编写具体实现的代码。然后进入Z?Stack轮询式的操作系统，当用户的事件发生并且没有更高级的事件产生时，采集终端对接收到的数据进行分析处理工作。
采集终端能够对采集的光照和温湿度的数值与终端内设定的光照和温湿度的上下限阈值进行比较，当采集的数据高于或低于相应的阈值时，采集终端会执行相应的动作，如启动电机或开关继电器等。
3.2 通信转发设备软件设计
通信转发设备在Keil MDK v5.14的开发环境中开发，使用开发环境中提供的库函数[10?11]。主要实现了ID卡身份识别、与串口转WiFi模块、本地监控设备、ZigBee网络接口的数据通信以及数据加密等操作。流程图如图6所示。
设备上电后，首先进行初始化操作，包括时钟频率、GPIO，SPI外设、USART等的配置。在主循环中，读取ID的卡号，如果读取到的ID卡号为0xEEEA9385，则读取到正确的ID卡，能够实现ZigBee网络接口、本地监控设备和手机端的数据通信。
3.3 本地监控设备软件设计
本地监控设备在Keil MDK v5.14的开发环境中开发，使用开发环境中提供的库函数。主要实现了数据的采集、步进电机和继电器的控制、数据的显示、故障的报警以及与通信转发设备、远端监控中心的数据通信等操作。如图7所示，首先进行初始化的操作，包括�r钟总线、GPIO、片内外设的配置以及全局变量（如自定义的结构体my_local_data）的初始化，开机测试等操作。在主循环中，首先读取ADC的数值，然后进行数据的计算，将得到光照值存储在my_local_data.light中;利用单总线，读取温度值，并存储在my_local_data.temperature中，将读取到的湿度值存储在my_local_data.humidity中;读取其他相关引脚的状态值，并赋值给my_local_data结构体相对应的成员变量。接收来自ZigBee网络接口的数据，并进行数据处理操作，将数据赋值给结构体my_warehouse_data相应成员变量，最后将所有数据转发，并通过显示屏输出。
3.4 手机控制端软件设计
手机界面端软件在Eclipse环境中用Java[12]语言开发，实现了通信连接、数据显示与设置、远端控制等功能。控制端界面如图8所示。
3.5 远端监控中心软件设计
远端监控中心软件在Visual Studio[13]环境中用C++[14]开发，不但实现了通信连接、数据通信、数据显示、上下限阈值设置等功能，还实现了数据的统一显示与管理。远端监控软件界面如图9所示。
软件设计实现了数据的统一监控、统一管理功能，极大地提高了工作的效率。 4 系统测试
所有设备上电，打开手机端的WiFi，在手机端控制界面的网络设置中配置地址192.168.0.6，端口号为8080。远端监控软件中选择串口COM5，波特率为115 200 bit/s，其他选择默认，点击链接按钮，勾选自动上传，点击手工召唤数据按钮。
1） 首先系统未放置指定的ID卡，采集终端工作正常，而远端监控软件、手机监控软件和本地监控设备中显示远端仓库的数据为零。放置指定的ID卡后，这些设备中的远端仓库数据能够实时显示。
2） 放置指定的ID卡后，给采集终端1的光照传感器强烈的光照从而超过终端内设定的阈值80，采集终端的电机会自动动作。本地监控设备的蜂鸣器会报警，显示屏上显示告警信息，远端监控中心也会显示告警信息。光照恢复正常值后，所有设备都恢复正常。
3） 放置指定的ID卡后，给本地监控设备的光照传感器强烈的光照从而超过终端内设定的阈值90，本地监控设备的蜂鸣器会响，步进电机自动正转，远端监控中心和显示屏有告警信息。光照恢复正常后，所有信息恢复正常。
手动按下继电器的按钮，显示屏和远端监控中心都显示开启或闭合状态。
4） 放置指定的ID卡后，观察远端监控软件界面，界面显示的数据和本地监控设备、采集终端的数据是一致且实时变化。通过界面修改本地监控设备的光照的上下限告警阈值，将上限值改为0。修改后，本地监控设备的蜂鸣器会响，设备的显示屏和远端监控中心上显示告警信息。把光照的上限阈值改为100后，所有信息恢复正常。部分运行的报警界面如图10所示。
经过各个组成模块的功能验证，该系统能够实现对整个仓库环境的实时、高效、稳定的监测。 5 结 论
这套系统功能较全面，采集终端能够正确采集远端仓库的数据，使用ZigBee无线通信将数据正确地上传通信转发设备;通信转发设备识别ID卡后，进行有效的数据处理;本地监控设备能够实现数据采集、故障自动判断、告警、手动控制、信息显示和主站通信等功能;手机控制端能够实时监控远端仓库;远端监控软件能够正常通信、正确显示整个仓库的数据，还能设置各种参数的报警阈值等，这些极大地提高了仓库管理的效率。系统成功地完成了多种智能化技术的融合，满足了仓库环境的需求，论证了此系统体系架构的可行性，为解决实际环境监测中遇到的一些问题提供了方法。该系统若要应用于实际仓库中还需要一个反复的测�、完善的过程，如系统的电磁兼容等问题还需要进一步研究。 参考文献
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