基于无线网络的仓库监控系统研究与实现

陈颖　李腾++张宇

摘 要：文章研究了仓库的监测控制问题，提出了一种基于手机APP和无线网络技术的仓库监控系统，利用STC89C52单片机和多种传感器进行数据采集、处理和传输，从而实现了仓库温湿度、二氧化碳浓度监测和越限报警的功能。本系统具有远程监控、集中管理、实时性好、操作方便等优点，具有较大的市场应用前景。

关键词：单片机；无线网络；GSM短信模块；仓库监控

引言

随着社会经济的发展和人民物质生活的极大丰富，人们对包装食品、衣物等环境敏感性消费品的需求不断增加，对于储存这些物品的仓储环境的要求也日趋提高。在现代物流管理中，仓储系统是重要的物流运作载体，作为市场供应链系统的重要节点，其智能化、信息化的实现具有重要意义[1-2]。国务院于《物流业中长期发展规划》中强调：国家有关部门在未来三年内将围绕仓储业法规建设、仓储建设用地、绿色仓储、减轻企业税负、加强仓储标准化与行业监管等方面陆续研究出台相关具体政策。由此可见，改进传统仓储方法并引入新兴科技及管理办法，以便构建智能仓储环境监控系统，其对于现代物流的重要意义不言而喻。

传统仓储环境监控中，通常采用派遣员工检测的人工方法，对存货库房进行通风、去湿和调温等工作，不仅效率低下不利于人才资源的充分利用，而且缺乏科学性，测试的温度及湿度误差大，随机性大[3-4]。连续在线监控的方法则存在监测点分布广泛、数量较多、位置和数目不定时变动的情况，其建设和维护费用较高，连接线路复杂，不易扩展等缺陷更是无法适应现今日趋提高的仓储需求。此外，绝大多数现有的监控系统无法及时报警及实时告知入侵情况，对于目前仓库、家庭等重要区域的安防需求日趋增高的现状，传统的人工防盗方法和现今落后的监控系统已然不能满足实时监控、有效防盗和及时报警的需求。目前，虽已有相关研究采用基于ZigBee的无线通信技术进行相应的仓库环境智能监控[5]，但是此种方法仍旧存在无线传输路由复杂，时常出现数据丢包现象、传输距离较短等问题，仍有改进之处。

文章研究的基于短信技术的仓库监控系统方案由仓库检测发送平台和接收平台组成，安装在仓库各个位置的发送平台将探测到的数据发送给监控中心的接收平台，同时接收平台会将接收到的数据发送给的移动设备，使管理员实时了解仓库信息或采取有效的应急措施。同时增设仓储环境信息监测模块、系统通信及用于实时监控和管理的APP等功能，使本次研究更具有实践价值，为实际应用打下良好基础。

1 工作原理

本系统以STC80C52单片机为核心，以温度、湿度、烟雾等各种传感器为测量元件来采集实时数据，再将数据传输到单片机，最终由内部程序进行处理。同时采集的数据将在MAX7219与6位数码管组成的数据显示模块上显示。在这之前根据需要设置一点的初始值，当检测到相应参数超出单片机预设数值时就进行温度、湿度、声光等方面的报警，同时利用GSM通信模块，将以短信形式传输至移动终端，或以无线数据形式传送到手机APP中，由持有者及时进行相应处理，从而实现远程的智能控制。

2 系统硬件设计

本系统是由单片机、多种传感器模块、继电器等控制装置、声光报警装置、GSM通信模块等组成的“智能控制”的信息一体化系统。图1为系统总体方案图。该系统充分利用MQ-2烟雾传感器控制模块、温湿度控制模块、GSM手机通信模块和MAX7219与6位数码管组成的数据显示模块，实时监控测量并及时传输仓库中的各种检测到的环境参数，工作人员在智能手机APP或者短信中可以清晰地了解实时状况。一旦检测到的数据异常时，可人为地利用手机APP控制相关设备进行工作或者停止工作，在无人的情况下进行调整，直至系统反馈回的相应参数达到正常范围值。基于Android平台开发的、用于监测数据的APP，通过数据传输直接检测相应被控量，实现了移动智能终端软件与控制系统硬件的分离，不仅深度挖掘了APP的使用价值，更是极大地扩展了整个系统的功能，具有很强的实用性和可控性。

2.1 系统总体结构

系统以单片机作为总体控制核心，应用无线通信技术及声光、二氧化碳浓度、温湿度等多种检测技术，以SHT10、MQ-2作为检测元件，智能手机APP，构成仓库监测控制系统。系统总体结构由STC89C52单片机、电源、时钟电路等组成。信号采集模块由温度湿度传感器电路、继电器、数模转换等模块组成。系统由STC89C52单片机、nRF24L01无线模块、MAX7219与6位数码管组成的数据显示模块、A6型GSM通信模块、声光报警装置、DS18B20温度传感器、SHT10湿度传感器、MQ-2烟雾传感器等多种模块组成。

2.2 模块设计

2.2.1 GSM模块

GSM模块采用A6型号，可以在低功耗条件下实现短信息、语音通话等信息传输功能，还可按照要求内置相应客户应用程序，性能强大。智能手机的普及，信息技术的发展，手机APP的广泛应用性，以及超低的通信成本，不受地域限制的无约束性，让它与仓库监控系统结合起来是未来智能仓库的发展趋势，是时代的选择。该监控系统以各传感器作为测量元件，以智能手机中的APP信息接收模块或短信模块作为接收终端，当检测到仓库内声光异常或温湿度等环境参数超过预设值时，手机会自动收取来自智能报警系统的报警短信或者内部APP会自动收到相应报警数据，经由人为操控继电器等相应控制元件进行反馈，这样便可实时接收报警及准确远程控制。

2.2.2 温度检测模块

温度传感器采用DS18B20型号，该传感器能够通过其内部的铂热电阻精确测量温度，并通过数模转换模块将温度直接转换成数字信号，在不需要外加模数转换的前提下，可以和单片机进行通讯，测测量范围较广，精确度高，适合仓库的管理。

2.2.3 MQ-2烟雾传感器

烟雾传感器采用MQ-2传感器，具有较好的精度及稳定性。MQ-2型烟雾传感器采用二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体，以氧离子影响半导体电子密度，从而影响导电率这点工作原理可以获得烟雾存在的信息，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大，实现了对烟雾浓度的测量。

2.2.4 湿度检测模块

温度检测模块采用SHT10传感器，其监测准确、稳定性好、响应迅速、抗干扰能力强。SHT10传感器具有数字信号输出、免调试等特点，湿度测量范围：0～100%RH，湿度测量精度：±4.5%RH，节省I/O口线和A/D器件，信号的调理都在芯片内部完成，实现了对温湿度参数的精确测量。

2.2.5 A/D转换模块

A/D转换器模块采用ADC0809型号，该模块稳定性好、响应迅速、抗干扰能力强。其内部含有8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。包含通道地址译码锁存器，输出模块带三态数据锁存器。输出控制通道由继电器、风扇、MQ-2传感器、声光报警装置等组成，可直接调节相应环境参数。

2.2.6 显示模块

MAX7219与6位数码管组成的数据显示模块，可供检测人员于仓库内部现场了解仓储信息。使用单片机的串口模块与GSM模块的连通，实现仓库终端与智能手机端的数据传输，与设计开发出的安卓APP配合使用，能够远程获得仓库数据以及远程监控和管理仓库。

2.2.7 nRF24L01无线模块

nRF24L01是一款新型单片射频收发器件，于2.4GHz～2.5GHz全球开放ISM频段免许可证使用，具有功耗低，高效GFSK调制，抗干扰能力强等特点。内置频率合成器、晶体振荡器、调制器等多种功能模块，通过SPI方式完成数据的发送与接收，用于无线传输数据，距离不远，一般只是能够满足小距离的传输，通过STC89C52单片机控制MAX7219在数据显示模块中显示相应数据。

2.2.8 键盘模块

键盘模块实现控制显示、屏蔽无线通信、取消报警、设置不同用户手机号等功能。根据仓库存储物需要的温度、湿度等预先设定合适的阈值，超出阈值时，蜂鸣器发出警报。

3 软件设计

当我们系统开机以后，设计好的软件进行工作，开始控制传感器和各种反馈装置对仓库中的环境参数进行实时智能的调节。首先，传感器监测仓库中的各种环境因素，同时会在6位数码管上实时显示刷新。如当检测到CO2和粉尘浓度高于我们设定的初始值时，系统会将信息发送到智能手机APP上，当接收指令后可以启动风扇、空调等控制器件，对环境进行修缮。系统软件设计流程图如图2所示。

4 结束语

文章所设计的仓库管理系统是一个针对仓库仓储环境的实时检测和控制系统，为的是能适应未来仓库的各种需求。将数据传输和传感器检测技术相结合，打造了新型的便捷型，实用型，准确型，多样型的智能化监管系统，它完全可胜任人们对于仓库存储的要求，随着人们对未来仓库的需求与要求越来越高，仓库在物流中也显得尤为重要，该仓库系统是在物联网发展潮流下应运而生的产物。

参考文献

[1]王璐超.基于WSN的仓储环境监控系统关键技术研究[D].北京物资学院，2008.

[2]吴忻生，袁鹏.数字化仓库远程监控系统的设计与实现[J].华南理工大学学报（自然科学版），2003，31（9）：31-34.

[3]姚志强，朱恒军，都文和，等.基于物联网的智能仓库监控系统设计与实现[J].河北工程大学学报（自然科学版），2014，31（2）：86-88，97.

[4]张毅，段维俊，魏军刚，等.基于物联网架构的仓库温湿度监控系统的设计[J].物联网技术，2013（6）：71-73.

[5]褚洪涛，阎波.基于ZigBee无线传感器网络的仓库监控系统的设计与实现[J].中国集成电路，2009，18（11）：73-76.

作者简介：陈颖（1995-），女，本科生，主要研究方向：单片机系统。

李腾（1997-），男，本科生，主要研究方向：单片机系统。

张宇（1995-），男，本科生，主要研究方向：单片机系统。