基于Zigbee的倉庫環境檢測系統設計分析

摘要：當前大部分倉庫的環境檢測系統是基于局域網體系建設的，很多體系獨立布局，無法有效地和廣域網的智能終端相連接。文章重點分析了一種基于Zigbee的倉庫環境檢測系統，該系統以CC2532芯片為基礎，在倉庫當中采集相應的溫濕度、熱釋電人體紅外信號、可燃氣體信號等，并且上傳到云平臺，依照管理要求進行消防聯動通風和噴淋滅火，通過配置Zigbee網關的方式轉變，有效解決有線傳感器部署過程中的各種問題，保障了倉儲的環境檢測和消防安全監測，使得整個系統更為安全、高效、可靠。

關鍵詞：Zigbee;物聯網;倉儲;環境檢測;消防安全監測

中圖分類號：X830.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）11-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.114

Design of warehouse environment detection system based on Zigbee

Fu Chenhui

（Sinotrans Xiamen Co.，Ltd.，Xiamen Fujian 361010，China）

Abstract：Most of the current warehouse environment detection system is based on the local area network （Lan） system construction， many of the independent layout of the system，can not effectively and the WAN intelligent terminal connection.This paper focuses on the analysis of a warehouse environment detection system based on Zigbee.The system is based on CC2532 chip，which collects the relevant temperature and humidity， pyroelectric human body infrared signal，combustible gas signal and so on in the warehouse，and uploads it to the cloud platform，according to the management requirements，the fire-fighting linkage ventilation and spray fire-fighting are carried out， and through the change of the way of configuring Zigbee gateway，various problems in the deployment of wired sensors are effectively solved，thus ensuring the environmental detection and fire-fighting safety monitoring of warehouses， make the whole system more safe，efficient and reliable.

Key words：Zigbee; Internet of Things; Warehousing; environmental testing; Fire safety monitoring

1 基于Zigbee的倉庫環境檢測系統設計的意義

當前全球化經濟快速發展，倉庫的數量、存儲規模逐年增加，導致對倉儲安全管理的要求也進一步提高。在倉儲管理過程中，除了需要加強防盜、防火安全管理外，還要進一步將倉庫管理融入互聯網系統。盡管目前有些倉庫能夠對溫濕度、人員入侵情況進行監測和監控，但是在報警方式和處理問題方面依然依賴于人工，其根本原因是體系框架過于簡單，構架也僅局限于局域網的一種或幾種簡單的倉庫套件應用，各種操作都賴于人工。當涉及較為復雜、繁瑣的操作時，在操作的過程中耗費大量人力、物力。因此，加強系統的優化，重視關鍵點的控制，通過云平臺加強無線倉儲智能監控預警顯得越來越重要，本設計在原有倉庫信息系統的條件下，與一些傳感器相結合，形成一個高效率、低成本的環境監控系統，確保倉庫的安全性。

2 基于Zigbee的倉庫環境檢測系統組成與功能

Zigbee作為一種無線通信技術，其主要特點在于網絡容量大、成本低、能耗低，運行較為安全。在本次設計當中主要通過Zigbee無線傳感網絡來建設現場的環境檢測和消防安全監測。

其構架主要分成外部客戶端、互聯網云平臺以及無線傳感器三個部分，形成應用層、感知層、傳輸層。無線傳感器主要包含了傳輸系統、傳感器、云平臺等，感知層主要是分布與倉庫當中的各種傳感器組成的，基于Zigbee技術的特點形成完善的路由、終端節點等。

傳感器可以有效對倉庫當中的溫度、濕度、可燃氣體等數據進行采集，并且通過傳感系統進入網關。云平臺在設計過程中是傳感器之間進行連接，通過對應的協議獲得參數，并且將其存儲到數據庫當中以便后續使用。在實踐當中，通過Java開發B＼S結構的管理云平臺，可以通過瀏覽器讓用戶進行物聯網數據的查看和管理，對于不同網關連接設備進行智能化的配置，在管理過程中可以有效地對數據進行傳送。

系統在工作的過程中每隔5s將傳感器數據上送到云平臺，并且進行存儲，實時分析和處理，如有必要還可以引入大數據處理系統。智能化數據在運行過程中依照采集的數據要求和既定的管理策略進行命令的發送，提高運行的效果，讓物聯網關依照要求進行操作執行相關的執行器，通過無線網絡可以有效地將數據發送給手機終端，如果出現嚴重火災等，可以自動啟動報警裝置，并將電磁閥控制的噴頭打開，用于進行滅火[1]。

3 基于Zigbee的倉庫環境檢測系統設計

3.1 系統硬件設計與選型部署

本系統當中的硬件主要包含了傳感器、執行器、網關等設備，還有Zigbee的節點、視頻攝像頭等。

3.1.1 傳感器

在設計的過程中，溫濕度傳感器、人體紅外感應傳感器、可燃氣體傳感器等都通過無線模式進行配置，使用鋰電池供電。采集終端節點采集環境信息與合理參數上下限進行判斷，超出上下限時PC 管控平臺會進行報警并記錄異常信息。

3.1.1.1溫濕度傳感器

溫濕度傳感器使用的主要是DHT11。DHT11傳感器是一種復合式的溫濕度傳感器，集成了溫濕度傳感和數字采集，可以確保產品具有較高的穩定性，長期應用時具有較好的效果，傳感器只有一個NPC元件，具有較高的響應速度和抗高壓能力，而且性價比較高。每個傳感器都在實驗室中進行正確的校正，在應用過程中使用單線制串行接口，具有極低的功耗，超小的體積，可以在倉儲系統當中進行穩定的使用，讓整個系統簡單易用[2]。

3.1.1.2氣體傳感器

氣體傳感器使用的是514mq-2mq-27t傳感器，能夠有效地感知周邊的可燃氣體，在超低壓條件下也能夠有效工作，而且其電導率會隨著可燃氣體濃度的增加而逐步增加，穩定性較好。在操作的過程中通過簡單的電路就可以有效地對電導率和氣體濃度之間的輸出信號進行轉換，可以有效分析甲烷、氫氣等可燃氣體，是一種低成本傳感器。

3.1.2 執行器

執行器主要由繼電器，各種自動噴水、通風等設施構成，都可以通過繼電器進行控制，在繼電器應用過程中和傳感器相同，接入Zigbee控制板當中。

3.1.3 ZigBee組網和網關系統

ZigBee管理系統的關鍵性技術是無線組網技術，系統中各部分都需要由無線網絡連接，是設備交互數據的通道，無線網絡系統的性能很大程度上決定了整個系統的穩定性、可靠性、可行性。ZigBee 技術相比WiFi、藍牙等其他無線組網技術，具有組網性能好、可靠性高、功耗低、安全性高等優點。網關系統是云平臺和各種硬件傳感器之間進行連接的重要中間件，主要用于對傳感器信息進行收集，并且利用網絡的方式向平臺進行傳送，網關設置過程中，可以有效切換傳輸模式，可以使用rj45與以太網進行連接，也可以使用內部芯片與WiFi進行連接，可以有效與云平臺進行通信[3]。

3.2 選型與部署原則

傳感器的選型需要對精度和量程進行充分考慮，如果精度較高，傳感器的位置和節點的數量增多，會導致成本偏高，而Zigbee通信特點和要求是各節點的距離需要控制在20m以內，溫濕度傳感器屬于密封的，因此需要注意在安裝的過程中依照其測量特點進行鋪設，最適合連接在風扇或空調附近，光照火焰的傳感器一定部位上不能遮蓋執行系統，主要用于進行滅火照明通風等控制。

3.3 軟件設計

3.3.1 云平臺設計

云平臺主要是通過Java系統設計的一種B＼S構架的程序，可以用于進行控制數據的查看以及設備的管理，程序當中通過css進行布局，并且利用Java編程語言對API進行調用，以便對服務器端腳本編程和控制[4]。外部服務器通過騰訊云服務器進行搭設，在架設的過程中IP地址是固定的，管理員可以通過域名或者登錄IP地址來進行網關設備的添加，穩定性很好，每個網關有唯一識別號進行識別，避免系統出現紊亂，各個云平臺可以添加多個網關設備，這樣可以集中對平臺當中的倉儲點進行監控。

3.3.2 移動端設計

移動端主要針對安卓系統進行編程，客戶在登錄移動端之后可以了解倉庫的平臺信息，可以通過移動客戶端來進行監控參數的配置并接收報警信息。

3.4 監測與控制策略

傳感器通過采集各種電信號轉化為需要的數據，上傳給云平臺。可以隨時在管理系統當中進行添加部件。在執行器和傳感器的實際應用時通過序列號進行區分，對應相應的邏輯設備。其次可以進行傳感器變量的添加，在云平臺建設過程中對各監控平臺進行對應的傳感器設置連接。在實際操作過程中，合理地進行控制策略的設定也是非常重要的。執行器通過設定參數關聯傳感器，各個不同的倉庫系統在參數需求方面具有一定差別，需要注意加強通風、溫度報警、噴淋等參數的設置，并且針對性進行應用，讓系統處于自動監控的狀態[5]。

4 結束語

在各系統搭建完成之后，需要有效分析溫濕度傳感器、光照傳感器，并且要進行測試，在測試時要人工控制溫濕度等傳感器達到閾值，判斷是否能夠自動打開噴淋頭、滅火器等相應電磁閥。另外，需要分析系統是否能夠依照策略對執行器進行控制，在啟動系統之后還需要注意加強主網操作，在序列號正確、通信系統穩定的條件下逐一將節點通電，讓整個互聯網網關處于完全上線的狀態下，對其魯棒性和穩定性進行監控。

參考文獻

[1]劉一婷，楊恒，張正炳.基于ZigBee的倉庫監控系統設計[J].物聯網技術，2013（04）：41-43+48.

[2]程明，涂德鳳，張帆.基于ZigBee技術的倉儲環境監測系統設計[J].貴陽學院學報：自然科學版，2017（2）：141-143.

[3]閆振利.基于Zigbee無線傳感器網絡的倉儲環境參數監測系統設計[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2018.

[4] Zhenzhoubao. Design of Storage Environmental Monitoring System Based on ZigBee and GPRS Technology[J]. Journal of Jiangxi agriculture，2013（03）.

[5]袁東風，徐偉濤.基于ZigBee與RFID技術的智能倉儲管理系統的設計[C]//中國電子學會第十七屆信息論學術年會論文集，2010.

收稿日期：2020-09-06

作者簡介：傅晨暉（1984-），男，漢族，本科學歷，中級工程師，研究方向為倉儲、環保。