基于物联网技术的无人值守急救包管理系统

陈 达，章 顺，马 晨

（南方电网深圳数字电网研究院有限公司，广东深圳 518053）

0 引言

近年来，南方电网公司在各地均逐步开展智能仓储、智能急救包的建设工作，投入逐年增加，在市场的有利驱动下，加速研发无人值守急救包管理系统研发项目，对于快速抢占智能配电房低压监测业务起到战略性支撑作用。同时南方电网公司积极响应国家供应链创新发展要求，2020 年制定了《公司数字化转型和数字南网建设行动方案》《供应链创新与应用行动方案》等相关管理举措，加快供应链创新与应用[1]。在此背景下采用了无人值守急救包管理系统，系统的主要功能包括仓储存储管理、移动作业管理、业务报表、自助作业台、自动化设备硬件调度等，但是急救包存储管理一直存在投入大产出低、作业效率低、账实不一致的痛点。传统的急救包仓库管理需要专人进行值守，管理投入大，用户迫切需要实现急救包的智能化管理，以帮助实现无人值守管理，大幅降低管理投入，同时保障库存账实相符，为此提出基于物联网技术的无人值守急救包管理系统。通过研发基于物联网技术的无人值守急救包管理系统研发项目，实现智能急救包的补货、领料、货位分配的自动化与智能化。

1 基于物联网技术的无人值守急救包管理系统硬件设计

1.1 视频监控传感器选型与设计

为了实现系统对急救包无人值守管理的功能，此次在系统硬件结构中设计了视频监控传感器，利用传感器对急救包进行24 h 不间断监控。由于急救包内包含重要的应急抢修物资，这些抢修物资长时间暴露在外，外界环境的温度、湿度、烟雾等会对应急抢修物资的质量造成影响，进而影响急救包的使用效果，因此此次设计了视频监控温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器以及水浸传感器，采集急救包所处环境的温度、湿度、烟雾以及水浸相关监控视频数据信息[2]。根据实际需求选取了IHDI4122D 视频监控温度传感器、SIKOA5SF 视频监控湿度传感器、SFHGE25FF 视频监控烟雾传感器、SGFHA54GA 视频监控水浸传感器（表1）。

表1 视频监控传感器参数表

将视频监控温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器安装在急救包仓库四周，将视频监控水浸传感器安装在急救包智能存储柜内部，将各个传感器的电源与系统电源总线串联在一起，并且为每个传感器配备1 个应急电源，使用切换器对2 个电源进行切换，当急救包管理仓库电源自动跳闸或者出现电路故障时，切换器将传感器的电源自动切换到应急电源上，保证传感器对急救包所处环境不间断监控管理[3]。利用OOBS 读卡器将传感器采集到的数据信息进行读取，并将读取的温度、湿度、烟雾、水浸数据信息转换为数字量格式，上传到TXXT1 文件、TXXT2 文件、TXXT3 文件、TXXT4 文件。

1.2 语音播放器选型与设计

语音播放器的作用是播报当前急救包库存情况，以及近期急救包领取和使用情况。此次选取上海PSDH 公司出产的型号为OSFA/A2SF4 智能语音播放器，该播放器体积比较小，重量仅为200 g，内置ADHU 芯片与4 MB 闪存。将该语音播放器安装在急救包智能存储柜上方，使用微型USB 接口与急救包智能存储柜连接，由通过基于PC 的网络端口自动更新音频文件。音频文件是以急救包智能存储柜内存的数据为依据，根据实际情况设定音频文件更新周期以及急救包智能存储柜内存数据调取频率。由进口功放TPA3110 驱动语音播放器内置的高音质全频喇叭播放，播放内容包括急救包现存数量、种类、最近补包数量、急救包领取人姓名、用途等，并通过电位器来自定义设定播放音量。

1.3 急救包智能存储柜选型与设计

急救包智能存储柜是系统的核心硬件设备，其作用是对急救包存储管理。根据急救包存储需求选择型号为SOFPOWR/65A4F 智能存储柜，该存储柜空间比较大，为铝合金材料，每个急救包都拥有独立的存储格，为了合理利用智能存储柜，将存储柜内部的存储格规格大小设计比急救包长度与宽度大5 cm。此外对智能存储柜设计了身份验证操作平台，用户在系统上申请急救包领取资格，系统自动生成1 个领取码，用户在智能存储柜身份验证操作平台上输入该领取码，此时柜门将自动弹开，以避免其他人员冒领急救包，保护急救包的安全。

2 基于物联网技术的无人值守急救包管理系统软件设计

系统的管理功能包括存储管理、智能调度、移动作业、自动作业、数据管理、业务查询，系统运行需要各个功能单元之间相互通信，为了提高系统功能电源协作效率，利用物联网技术设计通信网关（图1）。

图1 基于物理网技术的系统通信网关示意

由于各个单元均具有各自独立的通信协议标准，设计了4层架构的通信网关，其中包括应用层、网络层、数据链路层以及IEEE 物理层，整个网关采用IEEE802.15.4 协议栈。这样，通信网关就实现了系统各个功能单元之间的通信：

（1）应用层主要负责各个功能单元之间数据传送，为系统提高数据传输服务[4]。

（2）网络层由各个单元的通信网络协议组成，如传输控制协议、因特网互联协议、局域网协议等，并为每个通信网络协议设定了相应的网络接口[5]。

（3）数据链路层由通信链路组成，主要负责对通信链路的管理与控制，根据就近原则将数据传输到最近的通信网络节点上，数据发送节点与接收节点之间的距离采用欧式距离公式计算，根据节点之间的欧式距离选择通信节点，从而组建通信链路[6]。

（4）物理层由系统硬件设备组成，采用IEEE802.15.4 标准处理系统各个硬件设备的访问，为应用层、网络层以及数据链路层提供管理服务和数据服务。利用物理网技术将系统硬件设备与急救包仓库网络连接，构建系统通信网关，为仓储存储管理、移动作业管理、业务报表、自助作业台、自动化设备硬件调度功能实现提供通信服务。

3 实验论证分析

本实验以南方电网公司急救包为实验对象，急救包仓库存有653 个急救包，利用设计系统与传统系统对公司急救包进行无人值守管理：准备了8 台传感器，每种视频监控传感器各2 台，以及1 台语音播放器和1 台急救包智能存储柜；急救包智能存储柜存储格数量为100 个，由100 个用户向系统提出急救包领取服务，利用IUD软件记录两种系统每次完成一套管理流程用时时间，管理流程包括急救包领取申请、身份验证、领料出货、语音播报、补货等。随机抽取8 次管理耗时数据，利用电子表格记录（表2）。

从表2 可以看出，应用此次设计系统完成一套急救包管理流程时间比较短，平均耗时2.06 min，最长耗时3.14 min，低于传统系统的最长耗时和平均耗时分别为19.23 min、16.42 min。这是因为设计系统采用物联网技术，加快了系统之间各个单元的数据传输效率，从而加快了系统的管理服务响应速率，使系统具有良好的灵敏性。此次实验证明，设计系统相比较传统系统更适用于无人值守急救包管理。

表2 两种系统应用下急救包管理耗时对比 min

4 结束语

该急救包仓储管理系统为基础，以智能网关为核心，实现了急救包仓储管理系统与智能网关集成，并通过网关来集成移动作业终端、人脸识别门禁、智能门锁、智能回转柜、视频监控温度传感器、湿度传感器、水浸传感器、烟雾传感器、语音播放器、无线照明等10 多项智能设备，开发设计了基于物联网技术的无人值守急救包管理系统，实现急救包的24 h 无人值守自助领料。另外，该系统还有效解决夜间、周末仓库无人值守时应急抢修物资供应不及时的问题，实现物资补货与领用更加高效、便捷，大幅降低急救包管理的人工成本，提升管理效率。