CN204666186U - 基于无线网的仓储环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于无线网的仓储环境监测系统。一种基于无线网的仓储环境监测系统，包括无线传感器节点，用于现场温湿度数据的采集，并将采集到的数据发送给具有路由功能的无线节点；若干个具有路由功能的无线节点，根据路由算法选择最佳的通信路径，通过其他的FFD节点以多跳的方式把数据传送给网络协调器；网络协调器，和PC机相连，用来收集整个网络中的数据，并能向传感器节点发送命令和参数设置，实现与终端设备节点的通信。本实用新型的有益效果是：利用无线传感器节点能耗低、网络容量大、成本低的特点，在仓储区域内让其自组织构成智能测控网络，能够对温度、湿度等环境参数进行实时监测，从而构建了智能化的仓储环境监测系统。

Description

基于无线网的仓储环境监测系统

技术领域

本发明涉及无线通信、信息采集与处理技术、单片机、GSM技术，尤其涉及一种基于无线网的仓储环境监测系统。

背景技术

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们对物品的数量和种类的需求都在不断增加，这样对仓储系统的要求也日益提高。特别是，仓储内温度、湿度等环境参数对存储物品的质量和寿命有着重要的影响，对仓储环境参数进行实时监控不仅可以保证存储物品的质量，延长产品的存储寿命，还能够增强仓储系统的安全系数，随时查检仓库各项数据并传送到手机中，当出现安全隐患的时候能够及时报警。

SMS（Short Message Service）短信息服务是GSM（Global System for Mobile Communication）系统中提供的一种GSM终端（手机）之间通过服务中心(Service Center)进行文本信息收发的应用服务，其中服务中心完成信息的存储和转发功能。短信息服务作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。以GSM网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用，如无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等。

ZigBee网络作为无线传感器网络的典型代表，具有低能耗、低成本、低速率等特点，它融合了无线通信技术、传感器技术以及嵌入式计算机技术等多学科知识的前沿热点研究领域，能够通过各种微型传感器协同完成对各种环境或检测对象的信息实时监测、感知和采集，并将这些信息传送给用户。ZigBee技术是一种短距离无线通信技术，它的产生和发展为传感器的信号无线传输提供了一种新的解决方案。ZigBee协议是一种低速短距离传输的无线网络协议，从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。ZigBee网络的主要特点是低成本、低复杂度、支持大量节点、支持多种网络拓扑结构，并且整个网络间通信快速、可靠、安全。ZigBee网络中的主要设备可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)三种角色。在无线传感网络中，协调器的主要作用是完成初始信道的选择，对网络配置初始化、接受子节点的加入；路由器的主要作用是参与数据的转发，通过允许别的节点加入来扩展网络的覆盖范围；终端主要负责与路由器建立连接，并将采集到的数据发送给协调点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何实时对仓储区域内温度、湿度等环境参数进行无线远程采集与管理，并将所采集的管理的数据通过单片机与GSM网络实时传输到手机中。

本发明的目的是提出了一种基于无线网的仓储环境监测系统，能够实时地对仓储区域内温度、湿度等环境参数进行无线远程采集与管理，然后将所采集的管理的数据通过单片机与GSM网络实时传输到手机中，构建智能化的仓储环境监测系统，可有效消除安全隐患。

此目的是通过如下方式实现的：

一种基于无线网的仓储环境监测系统， 包括无线传感器节点，用于现场温湿度数据的采集，并将采集到的数据发送给具有路由功能的无线节点；若干个具有路由功能的无线节点，根据路由算法选择最佳的通信路径，通过其他的FFD节点以多跳的方式把数据传送给网络协调器；网络协调器，和PC机相连，用来收集整个网络中的数据，并能向传感器节点发送命令和参数设置，实现与终端设备节点的通信。监控人员无须到达仓库现场，在监控室通过电脑就可以对仓库的温湿度进行检测。

进一步地，所述网络协调器和PC机通过串口RS232相连。

进一步地，所述的无线传感器节点由数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块依次连接而成，能量供应模块供电给所述数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块。

进一步地，所述数据采集模块为数字传感器，或者为模拟传感器和A/D转换器组成。

进一步地，所述数字传感器为温湿度传感器。

进一步地，所述无线通信模块包括短信收发系统，其包括数据接收和发送子模块、单片机控制子模块、终端处理子模块；单片机负责将数据从内存中读出，并经数据接收和发送子模块借助GSM网络将数据发送出去，所述单片机控制子模块控制数据的发送和接收。

进一步地，所述网络协调器包括GSM无线通信模块。

本发明的有益效果是：

基于ZigBee无线传感器与GSM网络的智能仓储系统，在原有仓储系统的基础上引入ZigBee技术与GSM传输技术，利用无线传感器节点能耗低、网络容量大、成本低的特点，在仓储区域内让其自组织构成智能测控网络，能够对温度、湿度等环境参数进行实时监测，从而构建了智能化的仓储环境监测系统。实时有效的将仓库的各项检测数据通过短信息的形式发送到需要的手机中，可有效消除安全隐患，具备了传统仓储管理无法比拟的优势，很好地解决了传统仓储管理中布线复杂、效率低下等问题。

附图说明

图1 是传感器网络拓扑图；

图2是短信收发系统原理图；

图3是无线传感器节点结构图；

图4是无线通信GSM模块TC35模块结构图；

图5是ZigBee无线通讯协议程序流程图；

图6是整个系统的工作流程图。

具体实施方式

实施例1

本系统中的数据处理模块采用单片机，例如AT89S52。

如图1所示，一种基于无线网的仓储环境监测系统， 包括无线传感器节点，用于现场温湿度数据的采集，并将采集到的数据发送给具有路由功能的无线节点；若干个具有路由功能的无线节点，根据路由算法选择最佳的通信路径，通过其他的FFD节点以多跳的方式把数据传送给网络协调器；网络协调器，和PC机相连，用来收集整个网络中的数据，并能向传感器节点发送命令和参数设置，实现与终端设备节点的通信。

如图3所示，无线传感器节点由数据采集、数据处理、无线通信和能量供应四个子模块组成示。 数据采集模块由数字传感器或者模拟传感器加A/D转换器组成，负责区域内的温湿度信息采集和数据转换数据处理模块由微控制器组成,负责控制整个传感器节点的操作和数据存储；无线通信模块由无线收发器组成,负责与其他传感器节点进行通信,能量供应模块为系统其他的三个部分提供能量。传感器节点包括温湿度传感器，例如SHT10传感器，检测得到温湿度信息,并转化为数字信号,传输至数据处理模块CC2530,由CC2530负责对信号进行处理发送。能量供应模块为电池，节点电源部分使用两节AA电池,通过一个电压转换芯片MCP1259将电压转化成3.3V。为了使系统工作时间持续长,节点通常在闲置时快速进入休眠模式,其外设模块进入休眠状态,或者电源管理部分不对这些外设模块供电。协调器节点负责数据的收发和处理,主要由CC2530和一些外围器件构成,采用USB供电或者是交流电供电。

其中，SHT10是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全标定的数字输出。它采用专利的CMOSens技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。

TC35是Siemeils公司推出的新-代无线通信GSM模块。自带RS232包括无线通信通讯接口,可以方便地与PC机、单片机连机通讯。TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35的核心,基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下,可支持FR、HR和EFR语音信道编码。

如图4所示 TC35模块外围电路由IGT(Ignition)启动电路、SYNC（Synchronization）指示灯电路、SIM（Subscriber Identification Module）卡电路及串行接口电路组成。 

本系统中的数据处理模块采用单片机，例如AT89S52，其外围电路设计具体包括：单片机最小系统的设计、单片机存储器的扩展、单片机串行接口的扩展以及电源电路的设计。

最小系统：即最少外部电路条件下单片机可以独立工作的系统，主要包括：电源、时钟电路和复位电路。

AT89S52单片机内部已集成了256B的RAM，对于数据量较小的应用系统一般已够用。但对于本系统由于数据量较大，所以必须外部扩展数据存储器。AT89S52外部数据存储器的寻址空间为64K，其中包括外部可编程多功能部、器件寻址在内。如在本系统中用于串口扩展的8253以及8251。

如图2所示，无线通信模块包括短信收发系统，其包括数据接收和发送子模块、单片机控制子模块、终端处理子模块；数据收发模块采用德国西门子的TC35通讯模块，单片机负责将数据从内存中读出，并经GSM模块（TC35）借助GSM网络将数据发送出去，单片机控制数据的发送，也控制数据的接收。在这里单片机内存是数据临时存储和上传的中转站。终端处理模块（PC机）负责将接收到的数据进行处理，并将处理后的结果存放到数据库中，以供读取和查询。

该系统中，ZigBee无线通讯协议终端节点的流程如图5所示，开始，初始化硬件，初始化软件配置，建立网络，判断是否有网络节点接入，并给网络节点分配地址，进行时间处理，软件主要实现以下功能：

(1)数据采集功能：采集各个传感器的输出信号并进行数据分析存储。

(2)数据显示功能：能够在LCD上将采集处理后的传感器数据实时显示。每个不同类型的传感器构成一个单独的节点，液晶显示当前环境下温度(℃)、湿度(％RH)。

(3)数据传输功能：采用标准的MODBUS协议通过上位机修改系统参数。

(4)与无线模块通讯：单片机将要发送的数据以特定的波特率通过串口送到无线模块发送。

如图6所示，主控单片机通过Intel8251A扩展的串行接口与MAX232组成RS232电路和上位PC通信。借助于AT89S52单片机的外部中断口0，Intel8251A与单片机AT89S52间采用中断方式交换数据，外部中断0设定为电平触发方式。主控模块单片机与GSM通讯模块通过单片机的原配串行接口进行数据的传输。二者之间采用串行口中断进行数据传递。需要说明的是单片机通过串口向GSM模块发送数据时采用查询方式，这部分程序以子程序方式给出，要进行串行通讯时，可直接调用。单片机串行口接收来自GSM模块发送的信息时采用中断方式,当系统上电或复位时，单片机软件运行于主程序。这部分包括单片机的初始化、Intel8251A的初始化、Intel8253的初始化。单片机的初始化包括设定堆栈、波特率、中断方式，以及打开串口中断，外部中断0。Intel825IA的初始化要在它处于复位状态下的开始，先写入方式控制字，以决定通信方式，传送的数据位数，校验方式等，最后写入命令字。Intel8251A采用异步串行全双工通信方式，传输波特率为9600bps，数据长度8位，无奇偶校验，1个停止位。

   实施例2

本实施例与实施例一的区别在于，系统中的数据处理模块采用MCS-51单片机。

MCS-51单片机内部有一个全双工的串行接收和发射缓冲器（SBUFF），这两个在物理上独立的接收发射器，即可以接收也可以发射数据，但接收缓冲器只可以读出不能写入，而发送缓冲器只能写入不能读出，它们的地址是99H。这个通信口即可以用于网络通信，亦可以实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。如果在串行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可以方便的构成标准的RS-232接口。

Claims (7)

1.一种基于无线网的仓储环境监测系统，其特征在于：

包括无线传感器节点，用于现场温湿度数据的采集，并将采集到的数据发送给具有路由功能的无线节点；

若干个具有路由功能的无线节点，根据路由算法选择最佳的通信路径，通过其他的FFD节点以多跳的方式把数据传送给网络协调器；

网络协调器，和PC机相连，用来收集整个网络中的数据，并能向传感器节点发送命令和参数设置，实现与终端设备节点的通信。

2.根据权利要求1所述的基于无线网的仓储环境监测系统，其特征在于：所述网络协调器和PC机通过串口RS232相连。

3.根据权利要求1所述的基于无线网的仓储环境监测系统，其特征在于：所述的无线传感器节点由数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块依次连接而成，能量供应模块供电给所述数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块。

4.根据权利要求3所述的基于无线网的仓储环境监测系统，其特征在于：所述数据采集模块为数字传感器，或者为模拟传感器和A/D转换器组成。

5.根据权利要求4所述的基于无线网的仓储环境监测系统，其特征在于：所述数字传感器为温湿度传感器。

6.根据权利要求3所述的基于无线网的仓储环境监测系统，其特征在于：所述无线通信模块包括短信收发系统，其包括数据接收和发送子模块、单片机控制子模块、终端处理子模块；单片机负责将数据从内存中读出，并经数据接收和发送子模块借助GSM网络将数据发送出去，所述单片机控制子模块控制数据的发送和接收。

7.根据权利要求1所述的基于无线网的仓储环境监测系统，其特征在于：所述网络协调器包括GSM无线通信模块。