仓库温湿度无线监控网络研究

周峰

摘 要 温湿度监控网络是仓库环境监控设备之一。鉴于对高精密器材的储存环境要求和仓库地理条件约束，基于zigbee无线网络传输技术、现代测试技术、计算机控制技术设计了仓库温湿度无线监控网络，对仓库的温湿度控制提出了解决方法。

【关键词】zigbee 无线网络 温湿度 监控

仓库温湿度无线监控网络（以下简称监控网络）是针对仓储技术现状和其对环境温湿度要求而研制的。主要用于库房的温湿度自动检测和控制。

1 监控网络的结构组成

监控网络主要由现场温湿度检测与控制系统、zigbee无线网络和监控中心三部分组成。

1.1 现场温湿度检测与控制系统

现场温湿度检测与控制系统是监控网络的底层子系统，主要由温湿度采集节点、温湿度控制节点、底层路由、底层协调器和库房监控终端组成，可在底层形成一个对单个库房实现温湿度自动监控的独立系统，也可在联网条件下作为整个系统的一个子系统。

（1）温湿度采集节点主要由传感器、信号调理电路、独立电源、电源唤醒模块及开关电路、Zigbee无线发送模块组成。为使整个库房测试数据的传输通过无线方式完成，温湿度采集节点采用蓄电池独立供电，而设计的无线唤醒开关机制，可使节点处于断电休眠状态，以保证独立电源不需要频繁更换或充电；信号调理电路主要完成信号的滤波，节点可通过配置对应的传感器以适应检测环境和对象的不同，当配置内置式温湿度传感器时，节点可用于分布检测库房环境温湿度。

（2）温湿度控制节点的主要功能是根据接收到的网络执行指令，分别控制库房风机、除湿机，同时将库房风机、除湿机的运行状态通过发送给库房和监控中心终端显示。

（3）底层协调器主要功能是接收底层路由的测试数据；同时，底层协调器又是底层网络与上层网络的连接器，它将底层测试数据打包上传给上层网络和库房温湿度监控终端，并对底层所有节点发送由监控中心和库房温湿度监控终端发出的执行指令和底层节点的唤醒指令。

（4）库房温湿度监控终端主要功能有：以组态形式显示本库房及室外各采集节点的温湿度值，存储本库房历史数据和记录，提供本库房温湿度控制节点的“自动/手动”运行模式和数据定时采集的选择和设定。

库房温湿度监控终端采用触摸屏显示模式，即使不与上层网络组网，库房温湿度监控终端结合底层协调器和底层节点也可自行组成一个本库房的温湿度监控子系统，可根据本库房的温湿度情况报警，以“自动/手动”两种模式实现库房内除湿机、风扇的控制，达到库房温湿度的无人值守管理；而但管理员下班休息时，库房温湿度监控终端会自动将监控权限上交给监控中心。

1.2 zigbee无线传输网络

无线传输网络主要用于库房温湿度测试数据向监控中心的发送，并将监控中心的指令向底层传输。本系统选择树形拓扑结构的Zigbee无线传输网络，它由一定数量的Zigbee路由器、上层终端和上层协调器构成。

（1）仓储系统具有占地面积大，库房分散的特点，本系统采用无线方式因为无线通信有着以下的优点：施工工作量小、成本低；移动方便，便于更新换代。在多种不同的无线通信协议中，本系统选择Zigbee的依据是：Zigbee具有低功耗、容量大和布置灵活的优点。更重要的是，Zigbee节点可以实现硬件加密，确保系统的保密性能。

（2）Zigbee组网支持三种网络结构：星形、树形和网状网络。根据仓储地形和库房分布及网络覆盖范围特点，本系统选择树形网络结构，并按照其布置路由。

（3）Zigbee路由器的功能是转发数据并实现动态自组网。在确定网络拓扑结构的基础上，路由器设计为市电和太阳能双供电模式，这种设计利于利用现有电源，而且使路由的布置更加灵活，以适应库房分布环境的复杂性。Zigbee允许最大网络深度为14级路由，在空旷条件下覆盖范围直经达20km，现场试验表明：对于大型仓库，从监控中心到达最远库房所需的路由数少于7个，不超过最大网络深度的一半。

（4）上层终端的功能是实现与底层协调器的实时通讯，完成底层数据向路由的发送并接受路由下发的监控中心指令转发给底层协调器的任务；上层终端与底层协调器采用RS422协议，与路由的通讯采用Zigbee无线协议。

（5）上层协调器放置在监控中心。其功能是通过无线实现与路由的通讯并通过有线方式实现与监控中心计算机的连接，可将监控中心的指令通过无线发送给上层路由并将路由数据上传给监控计算机显示。

1.3 监控中心

监控中心主要包括监控计算机和投影系统，其技术核心为值班数据监控软件和组态。

1.3.1 软件设计环境

监控软件的设计环境为Visual Studio 2010，是微软公司推出的开发环境，它向用户提供控制台和图形化人机界面等开发方式。

1.3.2 监控软件组件设计

（1）数据曲线图：库房数据曲线图包含了平均温度及平均湿度曲线；节点数据曲线图包含了节点温度、环境湿度以及节点包装袋内湿度曲线。可将每个监控节点数据按照某一个数据指标进行曲线图绘制，折线图显示的是最近数据，把鼠标移到点上，会显示时间和数据。数据曲线图在显示数据时也分为动态调用和静态调用，动态调用用来显示实时数据，静态调用用来显示节点历史数据。

（2）数据表格：以列表的形式显示监测节点电量情况、在线情况和报警信息等，单击“查看”可以看到某节点的具体情况，当采集到的温湿度数据超出报警阀值范围时，表格中“温湿度报警”一栏会被标记为特殊颜色背景。

2 结语

本系统主要是针对仓储的特点和需求，并结合仓储温湿度检测系统的不足，结合未来需求，以实现温湿度监控无人值守和管理为目标来研制的。本系统设计了集整个库区监控系统为一体的温湿度监控中心软件和硬件，可以和各仓库的其它监控系统有机结合，通过监控中心即可以实现整个库区及各库房温湿度的有效监控。可完成各种库存环境下的器材封存温湿度自动监控。

参考文献

[1]王小强，欧阳骏，黄宁淋编著.Zigbee无线传感器网络设计与实现[M].北京：化学工业出版社，2012.

[2]Zigbee技術开发 Z-Stack协议栈原理及应用.QST青软实训编著[M].北京：清华大学出版社，2011.

[3]Zigbee技术开发 CC2530单片机原理及应用.QST青软实训编著[M].北京：清华大学出版社，2012.

作者单位

国防科技大学机电工程与自动化学院 湖南省长沙市 410073