基于物聯網技術的無人值守急救包管理系統

陳 達，章 順，馬 晨

（南方電網深圳數字電網研究院有限公司，廣東深圳 518053）

0 引言

近年來，南方電網公司在各地均逐步開展智能倉儲、智能急救包的建設工作，投入逐年增加，在市場的有利驅動下，加速研發無人值守急救包管理系統研發項目，對于快速搶占智能配電房低壓監測業務起到戰略性支撐作用。同時南方電網公司積極響應國家供應鏈創新發展要求，2020 年制定了《公司數字化轉型和數字南網建設行動方案》《供應鏈創新與應用行動方案》等相關管理舉措，加快供應鏈創新與應用[1]。在此背景下采用了無人值守急救包管理系統，系統的主要功能包括倉儲存儲管理、移動作業管理、業務報表、自助作業臺、自動化設備硬件調度等，但是急救包存儲管理一直存在投入大產出低、作業效率低、賬實不一致的痛點。傳統的急救包倉庫管理需要專人進行值守，管理投入大，用戶迫切需要實現急救包的智能化管理，以幫助實現無人值守管理，大幅降低管理投入，同時保障庫存賬實相符，為此提出基于物聯網技術的無人值守急救包管理系統。通過研發基于物聯網技術的無人值守急救包管理系統研發項目，實現智能急救包的補貨、領料、貨位分配的自動化與智能化。

1 基于物聯網技術的無人值守急救包管理系統硬件設計

1.1 視頻監控傳感器選型與設計

為了實現系統對急救包無人值守管理的功能，此次在系統硬件結構中設計了視頻監控傳感器，利用傳感器對急救包進行24 h 不間斷監控。由于急救包內包含重要的應急搶修物資，這些搶修物資長時間暴露在外，外界環境的溫度、濕度、煙霧等會對應急搶修物資的質量造成影響，進而影響急救包的使用效果，因此此次設計了視頻監控溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器以及水浸傳感器，采集急救包所處環境的溫度、濕度、煙霧以及水浸相關監控視頻數據信息[2]。根據實際需求選取了IHDI4122D 視頻監控溫度傳感器、SIKOA5SF 視頻監控濕度傳感器、SFHGE25FF 視頻監控煙霧傳感器、SGFHA54GA 視頻監控水浸傳感器（表1）。

表1 視頻監控傳感器參數表

將視頻監控溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器安裝在急救包倉庫四周，將視頻監控水浸傳感器安裝在急救包智能存儲柜內部，將各個傳感器的電源與系統電源總線串聯在一起，并且為每個傳感器配備1 個應急電源，使用切換器對2 個電源進行切換，當急救包管理倉庫電源自動跳閘或者出現電路故障時，切換器將傳感器的電源自動切換到應急電源上，保證傳感器對急救包所處環境不間斷監控管理[3]。利用OOBS 讀卡器將傳感器采集到的數據信息進行讀取，并將讀取的溫度、濕度、煙霧、水浸數據信息轉換為數字量格式，上傳到TXXT1 文件、TXXT2 文件、TXXT3 文件、TXXT4 文件。

1.2 語音播放器選型與設計

語音播放器的作用是播報當前急救包庫存情況，以及近期急救包領取和使用情況。此次選取上海PSDH 公司出產的型號為OSFA/A2SF4 智能語音播放器，該播放器體積比較小，重量僅為200 g，內置ADHU 芯片與4 MB 閃存。將該語音播放器安裝在急救包智能存儲柜上方，使用微型USB 接口與急救包智能存儲柜連接，由通過基于PC 的網絡端口自動更新音頻文件。音頻文件是以急救包智能存儲柜內存的數據為依據，根據實際情況設定音頻文件更新周期以及急救包智能存儲柜內存數據調取頻率。由進口功放TPA3110 驅動語音播放器內置的高音質全頻喇叭播放，播放內容包括急救包現存數量、種類、最近補包數量、急救包領取人姓名、用途等，并通過電位器來自定義設定播放音量。

1.3 急救包智能存儲柜選型與設計

急救包智能存儲柜是系統的核心硬件設備，其作用是對急救包存儲管理。根據急救包存儲需求選擇型號為SOFPOWR/65A4F 智能存儲柜，該存儲柜空間比較大，為鋁合金材料，每個急救包都擁有獨立的存儲格，為了合理利用智能存儲柜，將存儲柜內部的存儲格規格大小設計比急救包長度與寬度大5 cm。此外對智能存儲柜設計了身份驗證操作平臺，用戶在系統上申請急救包領取資格，系統自動生成1 個領取碼，用戶在智能存儲柜身份驗證操作平臺上輸入該領取碼，此時柜門將自動彈開，以避免其他人員冒領急救包，保護急救包的安全。

2 基于物聯網技術的無人值守急救包管理系統軟件設計

系統的管理功能包括存儲管理、智能調度、移動作業、自動作業、數據管理、業務查詢，系統運行需要各個功能單元之間相互通信，為了提高系統功能電源協作效率，利用物聯網技術設計通信網關（圖1）。

圖1 基于物理網技術的系統通信網關示意

由于各個單元均具有各自獨立的通信協議標準，設計了4層架構的通信網關，其中包括應用層、網絡層、數據鏈路層以及IEEE 物理層，整個網關采用IEEE802.15.4 協議棧。這樣，通信網關就實現了系統各個功能單元之間的通信：

（1）應用層主要負責各個功能單元之間數據傳送，為系統提高數據傳輸服務[4]。

（2）網絡層由各個單元的通信網絡協議組成，如傳輸控制協議、因特網互聯協議、局域網協議等，并為每個通信網絡協議設定了相應的網絡接口[5]。

（3）數據鏈路層由通信鏈路組成，主要負責對通信鏈路的管理與控制，根據就近原則將數據傳輸到最近的通信網絡節點上，數據發送節點與接收節點之間的距離采用歐式距離公式計算，根據節點之間的歐式距離選擇通信節點，從而組建通信鏈路[6]。

（4）物理層由系統硬件設備組成，采用IEEE802.15.4 標準處理系統各個硬件設備的訪問，為應用層、網絡層以及數據鏈路層提供管理服務和數據服務。利用物理網技術將系統硬件設備與急救包倉庫網絡連接，構建系統通信網關，為倉儲存儲管理、移動作業管理、業務報表、自助作業臺、自動化設備硬件調度功能實現提供通信服務。

3 實驗論證分析

本實驗以南方電網公司急救包為實驗對象，急救包倉庫存有653 個急救包，利用設計系統與傳統系統對公司急救包進行無人值守管理：準備了8 臺傳感器，每種視頻監控傳感器各2 臺，以及1 臺語音播放器和1 臺急救包智能存儲柜；急救包智能存儲柜存儲格數量為100 個，由100 個用戶向系統提出急救包領取服務，利用IUD軟件記錄兩種系統每次完成一套管理流程用時時間，管理流程包括急救包領取申請、身份驗證、領料出貨、語音播報、補貨等。隨機抽取8 次管理耗時數據，利用電子表格記錄（表2）。

從表2 可以看出，應用此次設計系統完成一套急救包管理流程時間比較短，平均耗時2.06 min，最長耗時3.14 min，低于傳統系統的最長耗時和平均耗時分別為19.23 min、16.42 min。這是因為設計系統采用物聯網技術，加快了系統之間各個單元的數據傳輸效率，從而加快了系統的管理服務響應速率，使系統具有良好的靈敏性。此次實驗證明，設計系統相比較傳統系統更適用于無人值守急救包管理。

表2 兩種系統應用下急救包管理耗時對比 min

4 結束語

該急救包倉儲管理系統為基礎，以智能網關為核心，實現了急救包倉儲管理系統與智能網關集成，并通過網關來集成移動作業終端、人臉識別門禁、智能門鎖、智能回轉柜、視頻監控溫度傳感器、濕度傳感器、水浸傳感器、煙霧傳感器、語音播放器、無線照明等10 多項智能設備，開發設計了基于物聯網技術的無人值守急救包管理系統，實現急救包的24 h 無人值守自助領料。另外，該系統還有效解決夜間、周末倉庫無人值守時應急搶修物資供應不及時的問題，實現物資補貨與領用更加高效、便捷，大幅降低急救包管理的人工成本，提升管理效率。