基于WSNs的倉庫管理與控制系統的協議設計

摘 要：針對傳統倉庫管理方式的效率低下等問題，基于無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSNs）設計了一種應用于倉庫管理與控制系統的協議。該協議支持多節點數據的上傳和上位機控制命令的下發。

關鍵詞：物聯網；倉庫管理；WSNs；協議

隨著我國經濟的不斷發展以及電商、快遞行業[1][2]的興起，倉庫數目也隨之與日俱增。傳統的倉庫監控與管理需人工駐留現場，采用紙質記錄或手工錄入計算機等非自動化的方式記錄倉庫的異常情況，管理效率極其低下。如何優化倉庫的日常管理成為了一個大眾化的課題。文獻[3]針對倉庫的出入貨問題提出了一個自動化解決方案。穆鋼等[4]利用PLC控制倉庫設備。針對倉庫貨物存儲的問題，章必成等采用RFID技術進行盤點與登記[5]。

本文利用物聯網技術對傳統的倉庫管理方式進行改進，設計了基于WSNs的應用協議，該協議支持多節點數據的上傳和上位機控制命令的下發，從而實現無需現場值守的遠程管理與控制。

1 系統總體方案

通過在倉庫內部署多個ZigBee終端節點，借助WSNs將采集的數據發送到協調器，協調器節點通過串口服務器將數據上傳到上位機。上位機接收各節點的數據后對各節點的狀況進行顯示并存入數據庫以備后續查驗。同時，管理人員可通過上位機軟件下發命令，遠程控制倉庫的設施如風扇、照明設備等。

倉庫管理與控制系統的架構如下圖所示。

2 應用層協議設計

倉庫管理與控制系統的應用層協議主要用于支持各個節點數據的上傳，以及上位機對倉庫設備的控制。節點采用支持ZigBee協議的CC2530單片機采集數據。TI提供了一套關于ZigBee的完整的自組網協議，即Z-Stack，本系統采用其精簡版本，即BasicRF。

2.1 終端節點數據上傳協議的設計

終端節點將各類傳感器數據按協議打包后通過ZigBee上傳到協調器。終端節點數據上傳協議如下表所示：

節點上電并完成WSNs的初始化后，定時采集傳感器數據并按上表描述的協議打包，即可發送到協調器。

2.2 協調器節點數據上傳協議的設計

協調器用于在本網絡中，收集終端節點的數據或將數據下發到終端節點。由于ZigBee自身無法滿足遠距離傳輸的需求，因此本文將協調器與串口服務器配合實現遠距離傳輸。其中協調器向上位機傳輸數據的協議如下表所示：

協調器將各節點的數據收集后，按上表所示的協議打包，逐字節送入U0DBUF或U1DBUF寄存器即可完成串口的發送。串口服務器收到協調器的數據后轉為以太網傳輸。

2.3 上位機控制命令下發協議的設計

上位機需要下發命令控制倉庫的各個設備。控制命令的協議如表3所示：

上位機將命令按上述協議通過串口轉以太網的方式傳輸到協調器，由協調器根據協議中的“目標節點ID”字段轉發到終端節點，終端節點再根據協議中的“目標設備ID”字段和“命令”字段實現設備的控制。

3 結語

針對傳統倉庫管理的效率低下、需要管理人員長期駐留現場的問題，本文基于WSNs設計了用于倉庫控制與管理系統的的應用協議。系統使用本協議可以實現倉庫的7*24小時不間斷的、全方位管理，且支持管理員通過上位機軟件遠程查看倉庫狀態或控制設備，提升了倉庫的管理效率。

參考文獻

[1]杜丹清.大數據時代的零售市場結構變遷[J].商業經濟與管理，2015，（2）：12-17.

[2]成希瑤.我國快遞行業發展現狀及對策研究[J].物流管理，2011（32）.

[3]馬殷元，蔣蕪遠.自動化倉庫管理與控制系統集成設計與實現[J].計算機工程，2007，33（19）：233-235，255.

[4]穆鋼，段智敏.OPC技術在小型立體倉庫監控管理系統上的應用[J].制造業信息化，2006（12）：68-70.

[5]章必成，劉宣旺，陳遠知，楊仕勇.基于WSN與RFID的智能倉庫管理系統設計[J].中國傳媒大學學報自然科學版，2009，16（3）：37-40.

作者簡介

張鑫（1990-），男，四川省大竹縣人，助教，碩士，研究方向：路徑規劃。