一种基于物联网技术的仓库协同监管系统设计与实现

王松林

（安徽商贸职业技术学院电子信息工程系 安徽芜湖 241002）

传统仓储安防系统多数是重复地安装监控设备，或者是添加一些无线对讲系统、电子巡更等各类系统信号、控制信号都是在各自不同网络中传输的设备，从当前的使用情况来看，存在一些问题：系统管理效率低。多个安防子系统导致运维成本、人员培训成本增加；事件管理时效性差。大量视频图像靠人工24小时监看，主客观因素导致24小时监看约等于无人监看。而且海量视频数据，人工查询费时费力。对突发事件，无法及时提醒，不能快速处理；人员控制管理能力低。生产禁区、高危仓库等特定区域无有效限制访问，无法掌握无关人员接近情况。无法管理访客人员流动情况，访客进入研发区等特殊区域也不能及时发现。

在仓储安防监管方面，国内学者刘治红、骆云志等提出一种新型的智能视频监控技术[1]。雷梁开发了基于ZigBee技术和Internet技术的智能家居监控系统[2]。顾晓莉研究了面向第三方智能仓储的RFID中间件[3]。毕红梅研究了第三方智能仓储技术[4]。张仁彬等集成运用物联网技术实现仓储管理内容的互联[5]。冯亮等通过对货物的智能化管理，还可以提高仓储空间的利用率，使企业实时了解有关库存情况[6]。章瑾结合PDA和Web Service技术，收仓库安防管理的自动化和集成化[7]。

这些依赖于人工和半自动化的仓储安防协同管理系统已经很难满足企业的要求，本文给出一种基于物联网技术的仓库协同监管系统。系统包含仓库门禁管理子系统、仓库刷卡验证子系统、仓库安防管理子系统、安防移动移动端。系统综合集成视频监控、报警和环境监控功能，实现仓库管理员、保安、用户在门禁管理、安防管理、环境监控等环节的手机端、PC端协同监管。

一、系统设计

系统包含仓库门禁管理模块、仓库刷卡验证模块、仓库安防管理模块、安防移动移动端。仓库门禁管理模块，完成仓库管理端发卡程序，使用桌面高频读写器完成发卡操作，发卡成功后将数据保存到数据库。其中发卡内容包括卡号、次数、日期。仓库刷卡验证模块在用户进入仓库时，使用分发的高频卡作为入场凭证，系统验证卡片的卡号、次数、日期，如果验证成功，系统对用户进行拍照，并将拍照的图片数据保存到数据库，同时提示用户验证通过可以进入仓库。仓库安防管理模块使用红外对射、火焰、烟雾等物联网传感设备，实现仓库的安防管理系统，当红外对射检测到有非法入侵，或者检测到有火焰、烟雾时报警灯闪烁，系统通过Socket通讯方式通知安防移动移动端，安防移动系统接到通知后，可关闭报警灯。安防移动端监听仓库安防管理服务端发送的警情，实现保安对仓库的实时防卫。同时在安防移动端可以实时获取ZigBee四通道温湿度值等仓库环境数据，方便仓管人员可以实时监看仓库是否有异常情况。

系统的PC端实现门禁发卡、刷卡验证、安防管理三个模块，系统移动端实现了安防报警和环境监控两个模块，系统的服务端由基于C#的一般处理程序开发，提供相关接口供PC客户端和Android客户端调用。服务端和客户端之间交互采用JSON数据格式。系统层次架构图如图1所示。

图1 系统层次架构图

二、系统主要通讯协议定义

（一）系统无线传感网协调器上传数据格式。无线传感网协调器上传数据格式如表1所示：

表1 无线传感网协调器上传数据格式

其中HEAD：数据头，固定为0xfe，LEN：数据包长度，ADRL开始到CHK前一个字节的字节数，CMD0：命令类型，固定为 0x46，CMD1：命令类型，固定为 0x87，ADRL：传输信息源节点的短地址低8位，ADRH：传输信息源节点的短地址高8位，DTYPEL：数据类型低位，固定为0x02，DTYPEH：数据类型高位，固定为 0x00，DLEN：[SDATA]的长度，REV：保留，固定为0x00，CHK：校验码，从LEN开始到CHK前一个字节的所有字节依次按字节异或的值。SDATA：传感器发送的数据包，多字节。

SDATA的格式如下：INTEMP+INVOL+PARADRL+PARADRH+[SENSORDATA]。INTEMP:内部温度，INVOL：内部电压，PARADRL：父节点短地址低字节，PARADRH：父节点短地址高字节，SENSORDATA：传感数据，多字节，允许没有。SENSORDATA传感数据的格式如下：

LGTYPE+SORL+SORH+STYPE+SORDATA

LGTYPE:逻辑类型，01---路由;02---全功能节点；03---终端节点；

SORL:传感器编号低位

SORH:传感器编号高位

STYPE：传感器类型

SORDATA：传感数值，多字节

例如，FE 16 46 87 1D 4C 02 00 10 00 1A 20 8E B1 02 34 12 30 BC 00 DF 01 7D 02 00 00 98，其中1D 4C: 节点短地址，8E B1：父节点短地址，02：逻辑类型，21：传感器类型，BC 00 DF 01 7D 02 00 00 ：为四通道传感数值，四通道电流采集CH1L,CH1H,CH2L,CH2H,CH3L,CH3H,CH4L,CH4H，共8字节，[CHxH CHxL]:通道x的采样数据，2字节16进制无符号数。

通道x的计算方法：电流=3300*[CHxHCHxL]/1023/150（mA），其中3300为满量程电压值3300mV，1023满量程的AD值，150是电流采样电阻。

1.系统有线传感网ADAM4150数字量通讯协议。

表2 ADAM4150数字量请求控制指令通信协议

ADAM4150数字量请求控制指令格式如表2所示，其中功能码05表示实现继电器控制，若需要获取设备状态值，功能码为01；起始地址为13对应ADAM4150的DO3通道，14对应ADAM4150的DO4，以此类推，若功能码为01时，即表示一次获取设备状态值时，起始地址固定为00。读取数量位表示采集数字量DI0-DI4通道的状态值。CRC高低位是根据前面要求产生的指令（地址码、 功能起始、起始地址、起始地址、开/关、读取数量），使用 CRC16校验算法可以算出CRC 低位 、CRC 高位 。

例如，请求指令：01 01 00 00 00 07 7D C8表示为一次获取ADMA4150设备状态的请求指令，其中07表示要采集DI0-DI6七个通道的设备状态。请求指令：01 05 00 13 FF 00 7D FF 表示开启DO3通道对应的继电器。

ADAM4150数字量响应指令格式如表3所示：

表3 ADAM4150数字量响应指令通信协议

其中0C转化为二进制值（不够补0），转换后得到的值的0-7位表示DI0-DI6的状态，1表示开启，0表示。系统主要由三个主要角色：系统管理员、普通用户、安保人员组成，涉及的主要业务流程有发卡、刷卡验证、安防检测、移动安防，流程图如下：

图2 发卡业务流程图

图3 刷卡验证流程图

图4 安防监测业务流程图

图5 移动端安防监测业务流程图

三、系统运行实例

为了检验一种基于物联网技术的仓库协同监管系统设计的有效性，本文将系统服务端部署在Intel Core(TM)i5 CPU2.40GHz 4核、4G 内存、Win7、Sqlserver2008R2的环境中，Android移动端android 4.0.1操作系统。相关传感器节点、继电器节点以及WIFI、串口服务器等网络设备在物流仓管实训室的安装的网络拓扑图如图6所示。

图6 网络部署拓扑图

使用桌面高频读写器完成发卡操作，系统发卡运行界面如图7所示。发卡成功后将数据保存到数据库，当系统用户进入仓库时，使用分发得到的卡片作为入场凭证，系统验证卡片的卡号、次数、日期。

图7 系统发卡操作界面

仓库安防管理子系统使用红外对射、火焰、烟雾等物联网传感设备，实现仓库的安防管理系统，当红外对射检测到有非法入侵，或者检测到有火焰、烟雾时报警灯闪烁，系统通过Socket通讯方式通知安防移动移动端，安防移动系统接到通知后，可关闭报警灯。

安防移动移动端基于android客户端实现监听仓库安防管理子系统发送的警情，运行界面如图8所示，实现保安对仓库的实时防卫。同时获取ZigBee四通道温湿度值显示在android移动端，用户使用Android移动端。

图8 安防报警移动端运行界面

四、结语

本文给出的基于物联网技术的仓库协同监管系统设计与实现，在系统的PC客户端和Android客户端集成了仓库视频监控、报警和环境监控等功能模块。在系统设计中充分考虑跨平台互连通用，将原本独立运行、信息屏蔽的诸多应用子系统进行横向协同，实现了多个系统业务的综合管理，智能化联动。

今后，系统需要进一步结合智能仓储技术，丰富物品入库和出库方面功能模块，以实现“无人职守”仓库管理系统，增强仓库系统的整体服务能力。