基于單片機的倉庫監測系統研究

傅光彩

(福建龍凈環保股份有限公司 福建龍巖 364000)

隨著人民物質需求的不斷增長和電子商務的廣泛推廣及應用，物品的流動量越來越大，帶動了物流行業的蓬勃發展，然而大物流量使倉庫存儲數量和種類也隨之增多，倉庫普遍存在集中存儲的現象，不能滿足各類物品倉儲的環境要求，也存在嚴重的安全隱患[1]。目前很多倉庫的環境檢測主要靠人工完成，通過安排值班人員去現場巡查或監測一些簡易檢測裝置，因此倉庫應該具有一個能夠實時、準確地監測倉庫環境信息的監測系統，它是能夠及時給管理者提供判斷依據的有效手段之一。

該文基于單片機技術、無線技術和傳感器技術設計了倉庫監測系統。該系統可以對倉庫環境進行實時、準確的監測，并將采集到的倉庫環境信息通過GPRS方式發送到倉庫管理者手機中，倉庫管理者可以通過手機遠程實時了解倉庫的環境情況，并可以遠程進行系統的設置，因此該系統提高了倉庫管理的智能化和效率。

1 系統硬件設計

系統結構圖如圖1所示，從圖1可知系統由底層采集系統和信息傳輸系統構成。其中的信息傳輸系統主要完成倉庫信息的收集、GPSR 的遠程傳輸和報警功能，因此信息傳輸系統放在監控室。其中的底層采集系統根據實際監測需要進行設置，將其安放在倉庫需要監測的地方，從而負責倉庫環境的監測，然后通過nRF24L01 組網將監測到的相關環境參數傳輸給信息傳輸系統，并可以接收來自信息傳輸系統的命令。

圖1 系統結構圖

1.1 信息傳輸系統構成

信息傳輸系統結構圖見圖2。其中的STCSTC15F 2K60S2單片機為系統的主核心模塊，完成系統的控制和信息處理。其中的GRPS模塊實現系統信息的遠程傳輸，倉庫管理者可以通過手機進行倉庫信息的查看。其中的nFR24L01[2-5]無線模塊實現信息傳輸系統與底層采集系統的組網，實現整個倉庫的環境采集信息傳輸，并可實現將倉庫管理者設置的命令通過信息傳輸系統傳送給底層采集系統，實現了系統的遠程設置。監控室的人員也可以通過鍵盤和液晶顯示進行設置和查看。

圖2 信息傳輸系統結構圖

1.2 底層采集系統的構成

由于底層采集系統的結構都相同，所以統一進行介紹，其結構圖見圖3。該系統主要完成倉庫中各個地方的信息采集，因此從圖3 可以看到系統包括了熱釋電紅外傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊DHT11[6-7]、煙霧傳感器模塊和光敏電阻等傳感器。因此，系統具有的功能具體有：（1）人入侵監測功能；（2）溫濕度監測功能；（3）煙霧監測功能；（4）光照強度監測功能。因此，該系統可以滿足大部分的倉庫環境檢測的需要。系統將采集的環境參數統一通過nRF24L01 傳輸給信息傳輸系統，由信息傳輸系統將倉庫環境參數傳輸給倉庫管理者，并通過nRF24L01接收從信息傳輸系統傳輸過來的參數設置，也可以根據需要發出聲音報警。

圖3 底層信息采集系統結構圖

2 系統主要硬件模塊介紹

2.1 熱釋電紅外傳感器

熱釋電紅外傳感器主要由IR 探測頭和BISS0001控制信號芯片組成。其中熱釋電效應屬于壓力-電壓形式的物理性質器件，是指因溫度的波動而導致它晶體外表面發生荷電集聚的現象。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，通過制作工藝實現了把相同兩個元件做成不同電極，串聯反接（減小本身干擾，使傳感器得到補償）。在傳感器監測有ΔT的增量時，在兩個電極上會產生電荷ΔQ，即出現微小的電壓ΔV。在傳感器探頭前增加光學透鏡——菲涅爾透鏡，可以加大監測距離，大約為7 m。在傳感器前置濾光鏡片可通過光的波長范圍為7～10 μm，實現對人體紅外輻射的探測，其他波長的紅外線由濾光片予以屏蔽。如果有侵入探測區域內，人體紅外輻射波長聚焦，并被熱釋電元感應得到，因為兩片熱釋電元接得到的熱量有異，電荷量也不同而無法中和，就有電壓輸出。

2.2 DHT11溫濕度傳感器模塊

DHT11 傳感器集成濕度和溫度測量雙重監測功能，方便用戶設計，同時性能可靠；經過校準，完全數字量輸出；穩定性良好；無輔助部件；靈敏度高；超低能耗。

2.3 GPRS模塊

SIM900A 是一款緊湊小巧、可靠穩定的GSM/GPRS 模塊，其內部GSM 模塊采用GSM A6 模組，物理尺寸為22.8 mm×16.8 mm×2.5 mm，主要由GPRS 模塊、SIM 卡座、數據存儲器等部分組成。支持GSM/GPRS的4個頻段，支持語音通話以及GPRS無線上網，信號在全國均有良好覆蓋，其2G網絡還是全球遵守的網絡標準。模塊本身帶有兩個串口，一個串口用于發送AT 命令，另一個串口則應用于系統固件升級（下載串口）。SIM900A 內部支持TCP/IP 協議棧，可以連接Internet網絡用于傳輸數據。

2.4 nRF24L01模塊

nRF24L01 是由NORDIC 生產的，工作是在2.4～2.5 GHz 的ISM 頻段的單片無線收發器芯片。無線收發器包括：頻率發生器、增強型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器和解調器。它具有126 個通信通道，6 個數據通道，因此可以很好地滿足多點通信和調頻需要。其硬件的CRC 校驗可以快速地實現通信數據的校驗處理，具備高達8 Mbps的通信速率和4線SPI通信端口，適合與各類的MCU連接，編程簡單。

3 系統軟件設計

系統由信息傳輸系統和底層采集系統構成，其軟件設計介紹分別如下。

3.1 信息傳輸系統程序設計

信息傳輸系統主要實現人機交互、通過GPRS 進行遠程信息傳輸和對無線接收底層采集系統傳來的檢測信息進行相應的處理如圖4所示。從圖4中可得信息傳輸系統程序上電復位后首先進行初始化，包括了單片機內部硬件資源和外部各個硬件模塊的初始化工作，然后進入主程序完成以下程序功能：鍵盤處理程序、nRF24L01處理程序、GSM模塊處理程序和液晶顯示處理等。系統可以通過鍵盤實現用戶對系統的設置，通過nRF24L01無線模塊接收從節點系統接收的信息，實時處理完成主機和下位機節點的通信并通過液晶屏進行顯示，使用GSM模塊實現將信息傳輸到管理者手機上。

圖4 信息傳輸系統程序流程圖

3.2 底層采集系統程序設計

由于底層采集系統的程序設計功能基本相同，以其中一個系統的程序流程圖進行介紹如圖5所示。底層采集系統上電初始化后，主程序主要完成單片機與各類傳感器的數據讀取，然后與信息傳輸系統進行無線通信，并根據信息傳輸系統發來的設置信息進行報警。

圖5 底層采集系統程序流程圖

4 結語

該文基于單片機技術、無線技術和傳感器技術設計了倉庫監測系統。該系統通過安裝在倉庫各個地方的底層采集系統進行倉庫的環境參數監測，其中包括了溫濕度、光照強度和煙霧等信息，并且系統可以實時監測是否有人進入倉庫，如果監測到立刻向控制室的信息傳輸系統發出報警信息，同時信息傳輸系統會將報警信息及時傳送到遠程倉庫管理員的手機上，為倉庫管理員對倉庫的遠程監測提供方便。因此，該系統提高了倉庫管理的效率，具有較好的應用前景。