基于WSNs的仓库管理与控制系统的协议设计

摘 要：针对传统仓库管理方式的效率低下等问题，基于无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）设计了一种应用于仓库管理与控制系统的协议。该协议支持多节点数据的上传和上位机控制命令的下发。

关键词：物联网；仓库管理；WSNs；协议

随着我国经济的不断发展以及电商、快递行业[1][2]的兴起，仓库数目也随之与日俱增。传统的仓库监控与管理需人工驻留现场，采用纸质记录或手工录入计算机等非自动化的方式记录仓库的异常情况，管理效率极其低下。如何优化仓库的日常管理成为了一个大众化的课题。文献[3]针对仓库的出入货问题提出了一个自动化解决方案。穆钢等[4]利用PLC控制仓库设备。针对仓库货物存储的问题，章必成等采用RFID技术进行盘点与登记[5]。

本文利用物联网技术对传统的仓库管理方式进行改进，设计了基于WSNs的应用协议，该协议支持多节点数据的上传和上位机控制命令的下发，从而实现无需现场值守的远程管理与控制。

1 系统总体方案

通过在仓库内部署多个ZigBee终端节点，借助WSNs将采集的数据发送到协调器，协调器节点通过串口服务器将数据上传到上位机。上位机接收各节点的数据后对各节点的状况进行显示并存入数据库以备后续查验。同时，管理人员可通过上位机软件下发命令，远程控制仓库的设施如风扇、照明设备等。

仓库管理与控制系统的架构如下图所示。

2 应用层协议设计

仓库管理与控制系统的应用层协议主要用于支持各个节点数据的上传，以及上位机对仓库设备的控制。节点采用支持ZigBee协议的CC2530单片机采集数据。TI提供了一套关于ZigBee的完整的自组网协议，即Z-Stack，本系统采用其精简版本，即BasicRF。

2.1 终端节点数据上传协议的设计

终端节点将各类传感器数据按协议打包后通过ZigBee上传到协调器。终端节点数据上传协议如下表所示：

节点上电并完成WSNs的初始化后，定时采集传感器数据并按上表描述的协议打包，即可发送到协调器。

2.2 协调器节点数据上传协议的设计

协调器用于在本网络中，收集终端节点的数据或将数据下发到终端节点。由于ZigBee自身无法满足远距离传输的需求，因此本文将协调器与串口服务器配合实现远距离传输。其中协调器向上位机传输数据的协議如下表所示：

协调器将各节点的数据收集后，按上表所示的协议打包，逐字节送入U0DBUF或U1DBUF寄存器即可完成串口的发送。串口服务器收到协调器的数据后转为以太网传输。

2.3 上位机控制命令下发协议的设计

上位机需要下发命令控制仓库的各个设备。控制命令的协议如表3所示：

上位机将命令按上述协议通过串口转以太网的方式传输到协调器，由协调器根据协议中的“目标节点ID”字段转发到终端节点，终端节点再根据协议中的“目标设备ID”字段和“命令”字段实现设备的控制。

3 结语

针对传统仓库管理的效率低下、需要管理人员长期驻留现场的问题，本文基于WSNs设计了用于仓库控制与管理系统的的应用协议。系统使用本协议可以实现仓库的7*24小时不间断的、全方位管理，且支持管理员通过上位机软件远程查看仓库状态或控制设备，提升了仓库的管理效率。

参考文献

[1]杜丹清.大数据时代的零售市场结构变迁[J].商业经济与管理，2015，（2）：12-17.

[2]成希瑶.我国快递行业发展现状及对策研究[J].物流管理，2011（32）.

[3]马殷元，蒋芜远.自动化仓库管理与控制系统集成设计与实现[J].计算机工程，2007，33（19）：233-235，255.

[4]穆钢，段智敏.OPC技术在小型立体仓库监控管理系统上的应用[J].制造业信息化，2006（12）：68-70.

[5]章必成，刘宣旺，陈远知，杨仕勇.基于WSN与RFID的智能仓库管理系统设计[J].中国传媒大学学报自然科学版，2009，16（3）：37-40.

作者简介

张鑫（1990-），男，四川省大竹县人，助教，硕士，研究方向：路径规划。