基于物联网的仓储智能监测系统

李际康 于会山

摘 要：随着物联网的迅速发展，无线传感器网络在物联网达到至关重要的位置，应用技术更是广泛使用。使得智能仓储监测系统逐渐转变思路，采用了更多的智能控制方法，旨在达到节能高效的目的。相比于传统的采用人工检测温湿度、光照强度等环境信息，采用基于物联网的仓储智能安全监测系统监测环境状况，省时省力、效率高、节省人工成本。文章分析国内外智能仓储环境监测系统的优缺点，设计了一套适用于我国仓储环境的智能仓储安全监测系统，该系统采用NRF24L01 2.4G组建无线网络，可以实时动态监测多个环境点的温湿度、光强等环境信息，具有智能化程度高、体积小、可扩展、成本低等特点。

关键词：温湿度；光照强度；物联网；NRF24L01

仓库是一个大的物品储备中心，同时也是一个无流量大的集散地，仓库内环境情况直接影响物品存放时间与质量，仓库的智能化合理化管理可以提升仓库的流通和储备量。仓库环境错综负责，如何更加智能化地管理具有很重要的实际研究意义。

当代社会互联网发展迅猛，互联网可以实现智能仓储的集中化监测管理，但是由于互联网成本较高、互联网监测设计也较为复杂。对于智能仓储系统而言，小范围的局域网即可实现仓库的智能化管理，同时最近几年物联网发展态势良好，物联网组网通信可靠性不断提高，具有广泛的应用市场，采用物联网实现仓库的智能化管理，设计相对简单、成本低，具有很好的应用优势。

所以本系统进行了仓库的温度、湿度、光照等环境因子检测，物品的可靠有效存放，仓库物品的可靠中转流通，及时处理事故较小损失等方面的研究。

1 仓储智能安全监测系统功能分析与设计要求

1.1 环境特点分析

影响仓库内物品存放的环境因素包括温度、湿度以及光照强度。温湿度是影响仓储储存货物的重要因素之一，为了更加长久地存放物品，需要针对仓库内物品种类，分别设定存放温湿度，并尽量保持恒温恒湿，最好能做到实时检测环境温湿度。对于有些物品的存放，还需要保持一定的辐照量，且不宜过低或过高。仓库存放物品种类繁多，数量巨大，以致于仓库物品流通量、搬运量都比较大，物品摆放或者搬运过程中，多种情况都很容易导致物品掉落，尤其是贵重且精细的物品掉落更是导致巨大的价值损失，通过动态加速度传感器检测物品掉落并及时有效处理显得尤为重要。

1.2 仓储智能安全监测系统设计要求

仓库内的温度、湿度以及光照强度会对仓库内物品存放有很大影响，针对不同存放的物品，环境指标不同，而且需要环境参数保持在一定的合理范围内，才可以使物品长期存放，为了检测物品掉落并及时处理，引入动态加速度监测模块，当物品强烈振动或者失重下落时可以检测出并报警。本文针对智能仓库环境情况，设计基于物联网的仓储智能安全监测系统，系统可以实时检测多个环境点的温湿度、光强、动态重力加速度等环境参数。

2 系统硬件设计

2.1 硬件设计总方案

仓储智能安全监测系统如图1所示。

2.1.1 主机系统

主机主要由STM32核心控制板、NRF24L01无线收发器、PC机几个部分组成，其中NRF24L01负责接收来自从机的环境参数数据、STM32核心控制板负责数据的读取与设定值的下发，并且通过串口将接收到的环境数据发送给PC机，PC机端的上位机根据接收到的数据绘制实时曲线，并对数据进行保存。

2.1.2 从机系统

从机系统相对较为复杂，本系统仅仅列出两个节点，实际应用中节点的数量是可以进行响应扩展的，以便形成一个分布式的监控系统，而每一个节点的组成基本相同，只是采集节点外挂的传感器采集点可以不同，本模拟系统就其中一个节点的组成进行详细说明。

STM32核心控制板对传感器参数进行读取与处理，并通过无线收发器NRF24L01将数据发送给主机，主机将接收到的数据解析，并将其通过串口转发给PC机，最终在PC机的LabVIEW界面上显示。

2.2 传感器选用方案和接口电路

2.2.1 温湿度传感器接口电路

本系统采用温湿度传感器DHT11，这种传感器是单总线结构，有3个接口，接口电路如图2所示，其中引脚2连接到STM32的PA8口上，而且需要接上一个上拉电阻，引脚1和3是VCC和接地。

2.2.2 光照强度传感器接口电路

本次设计采用的光照强度传感器是BH1750FVI，采用的仍然是模块式的设计方式，需要考虑的是模块与主控制器的接口问题，接口电路如图3所示，传感器模块的SCL引脚与STM32的PB0引脚相连，SDA引脚与PB1引脚相连。

2.2.3 加速度传感器接口电路

本次设计采用的重力加速度传感器是ADXL345，采用的仍然是模块式的设计方式，需要考虑的是模块与主控制器的接口问题，接口电路如图4所示，传感器模块的SCL引脚与STM32的PB10引脚相连，SDA引脚与PB11引脚相连。

3 系统软件设计方案

本系统软件设计子程序主要包括温湿度采集程序设计、光照强度采集程序设计、NRF24L012.4G无线收发程序设计、串口程序设计以及LabVIEW上位机程序设计等，仓储智能安全监测系统软件设计方案框图如图5所示。下面就针对每一个子程序的设计思路和功能进行详细说明。

3.1 温湿度度采集程序设计

DHT11发送的数据，每1 bit都是以50 μs低电平时隙开始，数据位是0还是1由高电平的时间长短决定，26～28 μs表示'0'，70us表示'1'。根据DTH11的传输时序编写温湿度采集程序，程序主要包括：8位数据写入，DHT11传感器启动、读取数据。

3.2 光照强度采集程序设计

本系统的光照强度传感器采用BH1750FVI模块，光强采集程序也作为一个独立的采集子程序进行设计，通过I2C接口读取监测点光照传感器数据。采用IIC通信协议，两条线可以挂多个设备，IIC设备里有个固化的地址，只有在两条线上传输的值等于IIC设备的地址时，IIC设备才会作出响应。

3.3 PC端上位机监测界面

我们采用基于LabVIEW的编程技术实现了下位机系统和上位机系统的数据交互，并通过图形、数字以及曲线的方式将现场温湿度、光照强度以及动态加速度等数据显示在上位机界面上，起到实时监测报警的作用。

（1）串口数据读取的程序设计，主要进行串口配置，并通过串口接收数据，如图6所示。

（2）解析数据包的程序设计，针对接收的数据格式对数据包解析，并在前面板中显示温度、湿度、光照强度数据及其各自曲线。此外，能够显示静态重力加速度、动态加速度数据，当动态重力加速度超出一定数值范围，认为物体失重或者超重，报警指示灯点亮，上位机可以认为消除报警，如图7所示。

（3）数据存储的程序设计，将解析的数据包按一定的数据格式保存到文件中，以便以后查阅处理，如图8所示。

将通过串口接收到的数据存储到txt文本文件中，文本文件数据存储便捷，数据处理方便简单，数据存储量足够大。可以设置文件名称和存储位置，便于以后数据查找，为了便于试验数據分析，数据存储格式为PC机本地时间加上传感器数据。

上位机如图9所示。

4 结语

文章提出了基于物联网的仓储智能环境监测系统的方案，进行系统设计，主要包括从机硬件设计和主机系统设计。从机节点可以采集环境温湿度、光强以及动态加速度数据。通过检测从机节点动态加速度，可以判断物品大幅度振动，并能有效检测物品掉落。设计了PC端上位机，实现下位机和上位机数据交互，并通过图形、数字以及曲线的方式将现场温湿度、光照强度以及动态加速度等数据显示在上位机界面上，起到实时监测报警的作用。