基于物聯網的倉儲智能監測系統

李際康 于會山

摘 要：隨著物聯網的迅速發展，無線傳感器網絡在物聯網達到至關重要的位置，應用技術更是廣泛使用。使得智能倉儲監測系統逐漸轉變思路，采用了更多的智能控制方法，旨在達到節能高效的目的。相比于傳統的采用人工檢測溫濕度、光照強度等環境信息，采用基于物聯網的倉儲智能安全監測系統監測環境狀況，省時省力、效率高、節省人工成本。文章分析國內外智能倉儲環境監測系統的優缺點，設計了一套適用于我國倉儲環境的智能倉儲安全監測系統，該系統采用NRF24L01 2.4G組建無線網絡，可以實時動態監測多個環境點的溫濕度、光強等環境信息，具有智能化程度高、體積小、可擴展、成本低等特點。

關鍵詞：溫濕度；光照強度；物聯網；NRF24L01

倉庫是一個大的物品儲備中心，同時也是一個無流量大的集散地，倉庫內環境情況直接影響物品存放時間與質量，倉庫的智能化合理化管理可以提升倉庫的流通和儲備量。倉庫環境錯綜負責，如何更加智能化地管理具有很重要的實際研究意義。

當代社會互聯網發展迅猛，互聯網可以實現智能倉儲的集中化監測管理，但是由于互聯網成本較高、互聯網監測設計也較為復雜。對于智能倉儲系統而言，小范圍的局域網即可實現倉庫的智能化管理，同時最近幾年物聯網發展態勢良好，物聯網組網通信可靠性不斷提高，具有廣泛的應用市場，采用物聯網實現倉庫的智能化管理，設計相對簡單、成本低，具有很好的應用優勢。

所以本系統進行了倉庫的溫度、濕度、光照等環境因子檢測，物品的可靠有效存放，倉庫物品的可靠中轉流通，及時處理事故較小損失等方面的研究。

1 倉儲智能安全監測系統功能分析與設計要求

1.1 環境特點分析

影響倉庫內物品存放的環境因素包括溫度、濕度以及光照強度。溫濕度是影響倉儲儲存貨物的重要因素之一，為了更加長久地存放物品，需要針對倉庫內物品種類，分別設定存放溫濕度，并盡量保持恒溫恒濕，最好能做到實時檢測環境溫濕度。對于有些物品的存放，還需要保持一定的輻照量，且不宜過低或過高。倉庫存放物品種類繁多，數量巨大，以致于倉庫物品流通量、搬運量都比較大，物品擺放或者搬運過程中，多種情況都很容易導致物品掉落，尤其是貴重且精細的物品掉落更是導致巨大的價值損失，通過動態加速度傳感器檢測物品掉落并及時有效處理顯得尤為重要。

1.2 倉儲智能安全監測系統設計要求

倉庫內的溫度、濕度以及光照強度會對倉庫內物品存放有很大影響，針對不同存放的物品，環境指標不同，而且需要環境參數保持在一定的合理范圍內，才可以使物品長期存放，為了檢測物品掉落并及時處理，引入動態加速度監測模塊，當物品強烈振動或者失重下落時可以檢測出并報警。本文針對智能倉庫環境情況，設計基于物聯網的倉儲智能安全監測系統，系統可以實時檢測多個環境點的溫濕度、光強、動態重力加速度等環境參數。

2 系統硬件設計

2.1 硬件設計總方案

倉儲智能安全監測系統如圖1所示。

2.1.1 主機系統

主機主要由STM32核心控制板、NRF24L01無線收發器、PC機幾個部分組成，其中NRF24L01負責接收來自從機的環境參數數據、STM32核心控制板負責數據的讀取與設定值的下發，并且通過串口將接收到的環境數據發送給PC機，PC機端的上位機根據接收到的數據繪制實時曲線，并對數據進行保存。

2.1.2 從機系統

從機系統相對較為復雜，本系統僅僅列出兩個節點，實際應用中節點的數量是可以進行響應擴展的，以便形成一個分布式的監控系統，而每一個節點的組成基本相同，只是采集節點外掛的傳感器采集點可以不同，本模擬系統就其中一個節點的組成進行詳細說明。

STM32核心控制板對傳感器參數進行讀取與處理，并通過無線收發器NRF24L01將數據發送給主機，主機將接收到的數據解析，并將其通過串口轉發給PC機，最終在PC機的LabVIEW界面上顯示。

2.2 傳感器選用方案和接口電路

2.2.1 溫濕度傳感器接口電路

本系統采用溫濕度傳感器DHT11，這種傳感器是單總線結構，有3個接口，接口電路如圖2所示，其中引腳2連接到STM32的PA8口上，而且需要接上一個上拉電阻，引腳1和3是VCC和接地。

2.2.2 光照強度傳感器接口電路

本次設計采用的光照強度傳感器是BH1750FVI，采用的仍然是模塊式的設計方式，需要考慮的是模塊與主控制器的接口問題，接口電路如圖3所示，傳感器模塊的SCL引腳與STM32的PB0引腳相連，SDA引腳與PB1引腳相連。

2.2.3 加速度傳感器接口電路

本次設計采用的重力加速度傳感器是ADXL345，采用的仍然是模塊式的設計方式，需要考慮的是模塊與主控制器的接口問題，接口電路如圖4所示，傳感器模塊的SCL引腳與STM32的PB10引腳相連，SDA引腳與PB11引腳相連。

3 系統軟件設計方案

本系統軟件設計子程序主要包括溫濕度采集程序設計、光照強度采集程序設計、NRF24L012.4G無線收發程序設計、串口程序設計以及LabVIEW上位機程序設計等，倉儲智能安全監測系統軟件設計方案框圖如圖5所示。下面就針對每一個子程序的設計思路和功能進行詳細說明。

3.1 溫濕度度采集程序設計

DHT11發送的數據，每1 bit都是以50 μs低電平時隙開始，數據位是0還是1由高電平的時間長短決定，26～28 μs表示'0'，70us表示'1'。根據DTH11的傳輸時序編寫溫濕度采集程序，程序主要包括：8位數據寫入，DHT11傳感器啟動、讀取數據。

3.2 光照強度采集程序設計

本系統的光照強度傳感器采用BH1750FVI模塊，光強采集程序也作為一個獨立的采集子程序進行設計，通過I2C接口讀取監測點光照傳感器數據。采用IIC通信協議，兩條線可以掛多個設備，IIC設備里有個固化的地址，只有在兩條線上傳輸的值等于IIC設備的地址時，IIC設備才會作出響應。

3.3 PC端上位機監測界面

我們采用基于LabVIEW的編程技術實現了下位機系統和上位機系統的數據交互，并通過圖形、數字以及曲線的方式將現場溫濕度、光照強度以及動態加速度等數據顯示在上位機界面上，起到實時監測報警的作用。

（1）串口數據讀取的程序設計，主要進行串口配置，并通過串口接收數據，如圖6所示。

（2）解析數據包的程序設計，針對接收的數據格式對數據包解析，并在前面板中顯示溫度、濕度、光照強度數據及其各自曲線。此外，能夠顯示靜態重力加速度、動態加速度數據，當動態重力加速度超出一定數值范圍，認為物體失重或者超重，報警指示燈點亮，上位機可以認為消除報警，如圖7所示。

（3）數據存儲的程序設計，將解析的數據包按一定的數據格式保存到文件中，以便以后查閱處理，如圖8所示。

將通過串口接收到的數據存儲到txt文本文件中，文本文件數據存儲便捷，數據處理方便簡單，數據存儲量足夠大。可以設置文件名稱和存儲位置，便于以后數據查找，為了便于試驗數據分析，數據存儲格式為PC機本地時間加上傳感器數據。

上位機如圖9所示。

4 結語

文章提出了基于物聯網的倉儲智能環境監測系統的方案，進行系統設計，主要包括從機硬件設計和主機系統設計。從機節點可以采集環境溫濕度、光強以及動態加速度數據。通過檢測從機節點動態加速度，可以判斷物品大幅度振動，并能有效檢測物品掉落。設計了PC端上位機，實現下位機和上位機數據交互，并通過圖形、數字以及曲線的方式將現場溫濕度、光照強度以及動態加速度等數據顯示在上位機界面上，起到實時監測報警的作用。