專利名稱：一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術：
ZigBee是IEEE 802. 15. 4協(xié)議的代名詞，在中國也被譯為"紫蜂"，它與藍牙相類
似，是一種新興的短距離、低功耗的無線通信技術，其主要特點是近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速
率、低成本，易于實現(xiàn)，主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。 在物流系統(tǒng)中，倉庫擔負著貨物儲備、配送分配、生產(chǎn)支持等多種職能。同時倉庫
安全是倉庫工作的前提，對倉庫安全監(jiān)控是保障倉庫安全的重手段。產(chǎn)生倉庫安全隱患的
原因有多種。有存儲物資性質的因素，如物資易燃、易爆以及易腐蝕、有毒等不安全因素；也
有外部環(huán)境和管理因素，如環(huán)境的溫濕度變化引起庫存物資質量變化，繼而引起倉庫安全
的不確定性，或管理松懈引起盜竊事件的發(fā)生等。因為倉儲在維持銷售商品的穩(wěn)定、維持生
產(chǎn)穩(wěn)定、平衡企業(yè)物流以及平衡企業(yè)流動資金的占用方面都發(fā)揮著舉足輕重的作用，因此，
預防倉儲安全事故發(fā)生，是倉儲工作的重要內容。我國目前倉庫管理還存在諸多弱點，倉庫
監(jiān)控也多采用人工監(jiān)控方法，效率較為低下。尤其是近年來倉貯系統(tǒng)的容量不斷擴大，傳統(tǒng)
的方式已經(jīng)遠遠不能滿足實際生產(chǎn)的需要，倉貯系統(tǒng)檢測、管理自動化已迫在眉睫。

實用新型內容本實用新型目的在于提供一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，該無線傳感器 網(wǎng)絡是由很多自給供電的傳感器節(jié)點組成的；每個傳感器節(jié)點都可以進行周圍環(huán)境數(shù)據(jù)的 采集、簡單計算以及與其它節(jié)點及外界進行通信。 本實用新型的目的可以通過以下方案實現(xiàn)一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系 統(tǒng)，包括基站設備和節(jié)點設備，其特征在于，所述的基站設備包括主控芯片，用于控制基站 設備的各功能模塊；CDMA模塊，用于處理CDMA網(wǎng)絡通訊；ZigBee模塊，用于處理ZigBee網(wǎng) 絡通訊；所述的CDMA模塊通過RS232接口與主控芯片連接，ZigBee模塊通過SPI接口與主 控芯片連接； 所述的節(jié)點設備包括微處理器，用于控制節(jié)點設備的各功能模塊；ZigBee模±央，
用于處理ZigBee網(wǎng)絡通訊；參數(shù)采集模塊，用于采集各種需要監(jiān)控的環(huán)境參數(shù)；所述的
ZigBee模塊通過SPI接口與微處理器連接，參數(shù)采集模塊通過I2C總線或1/0接口或模數(shù)
轉換器與微處理器連接。 本實用新型還可以作以下改進 所述的基站設備還設有顯示模塊，用于顯示采集參數(shù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)；所述的 顯示模塊的顯示信號輸入端連接主控芯片的顯示信號輸出端。
所述的基站設備還設有控制輸入器，用于對控制系統(tǒng)進行控制操作；所述的控
制輸入器通過USB接口與主控芯片連接；所述的控制輸入器是鼠標或鍵盤。
所述的基站設備還設有存儲器，用于儲存收集后的數(shù)據(jù)；所述的存儲器通過數(shù)據(jù)線與主控芯片連接；所述的存儲器是SD卡。 所述的節(jié)點設備還設有電源管理模塊，用于對各功能模塊提供工作電壓；所述 的電源管理模塊的電壓輸出端連接各功能模塊的電壓輸入端。
所述的參數(shù)采集模塊設有溫濕度傳感器，用于收集環(huán)境的溫度與濕度參數(shù)；所
述的溫濕度傳感器通過i2c總線與微處理器連接。 所述的參數(shù)采集模塊設有煙霧傳感器，用于檢測可燃氣體與煙霧的濃度參數(shù)； 所述的煙霧傳感器通過I/O接口與微處理器連接。
所述的參數(shù)采集模塊設有紅外傳感器，用于檢測是否有人進入監(jiān)控范圍；所述
的紅外傳感器通過模數(shù)轉換器與微處理器連接。
本實用新型相對現(xiàn)有技術優(yōu)點在于 1、可同時采集多種環(huán)境參數(shù)，包括溫度、濕度、煙霧濃度以及物體侵入。改進了當 前大多數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測信息較為單一、部署安裝較為復雜，魯棒性差等缺點，可以監(jiān)測大范 圍的倉庫區(qū)域。 2、數(shù)據(jù)通信能力強，網(wǎng)絡覆蓋范圍廣。本實用新型采用新興的ZigBee技術實現(xiàn) 無線傳感器節(jié)點之間以及無線傳感器網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)處理基站之間的數(shù)據(jù)通信，并且通過CDMA 網(wǎng)絡實現(xiàn)與遠程監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)雙向通信。應用新興、高效的無線通信技術，使得基站系統(tǒng) 的通信具有傳輸速率快、通信質量高、功耗小、成本低、網(wǎng)絡容量大等特點，實現(xiàn)了倉儲環(huán)境 參數(shù)實時傳輸?shù)男枰?3、數(shù)據(jù)處理數(shù)度快，功能強。本實用新型使用各種高性能處理器，充分利用了各自 的性能優(yōu)勢，提高了數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)傳輸能力，同時增強了系統(tǒng)可靠性，有利于系統(tǒng)今后 升級和功能更新。 4、系統(tǒng)成本低基站系統(tǒng)使用源代碼公開的免費的實時操作系統(tǒng)嵌入式Li皿x， 可免除版稅費用，節(jié)約產(chǎn)品生產(chǎn)成本。相對于現(xiàn)有的人工監(jiān)測手段，設備和人工費用大大降 低。

圖1是本實用新型的整體架構示意圖； 圖2是本實用新型的基站設備結構示意圖； 圖3是本實用新型的節(jié)點設備結構示意圖。
具體實施方式如圖1所示，整個倉儲區(qū)域劃分為若干個區(qū)間，系統(tǒng)架構可分為三個層次區(qū)間內 數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點、區(qū)間內數(shù)據(jù)處理基站、遠程監(jiān)測中心。 其中，在每個區(qū)間構建基于ZigBee無線技術的傳感器網(wǎng)絡ZigBee網(wǎng)絡，每個區(qū) 間配置一個數(shù)據(jù)處理基站，對分布在區(qū)間中的ZigBee網(wǎng)絡中的多個數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點進行數(shù) 據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測，并通過CDMA網(wǎng)絡將采集的實時數(shù)據(jù)傳送至遠程監(jiān)測中心。數(shù)據(jù)處理基 站通過協(xié)議轉換將傳感器網(wǎng)絡即ZigBee網(wǎng)絡與CDMA網(wǎng)絡這兩個異構網(wǎng)絡連接在一起，充 當兩者之間的網(wǎng)關。遠程監(jiān)測中心接收實時環(huán)境參數(shù)，提供用戶人性化的監(jiān)控界面，并擁有 強大的數(shù)據(jù)管理和分析功能。[0025] 節(jié)點ZigBee射頻模塊采用CC2420型芯片。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流、狀態(tài)流、命 令流傳輸情況如下。在監(jiān)測過程中，分布于各倉庫區(qū)間的數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點通過傳感器采集溫 濕度、煙霧濃度等環(huán)境參數(shù)，并將網(wǎng)絡自身狀態(tài)情況以定時發(fā)送方式，使用節(jié)點ZigBee射 頻模塊CC2420通過ZigBee網(wǎng)絡以多跳方式最終上傳數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)處理基站的基站ZigBee 射頻模塊CC2420。基站經(jīng)由CC2420接收環(huán)境參數(shù)和ZigBee傳感器網(wǎng)絡的狀態(tài)信息，進行 簡單的分析和處理后，產(chǎn)生是否超限，是否需要報警的信息，并最終將采集的環(huán)境參數(shù)以及 ZigBee傳感器網(wǎng)絡狀態(tài)信息連同分析處理后產(chǎn)生的報警信息，經(jīng)由CDMA模塊發(fā)送至遠程 監(jiān)測中心。遠程監(jiān)測中心接收各基站上傳的各種信息，分析處理相關數(shù)據(jù)并在界面上進行 相應的顯示。 如圖2所示，基站設備包括基站ZigBee射頻模塊、CDMA傳輸模塊以及微處理器模 塊三個部分。各個模塊均采用現(xiàn)有成熟技術。其中， 微處理器模塊采用ARM處理器S3C2410，用于控制CC2420與傳感器網(wǎng)絡、CDMA模 塊與遠程監(jiān)測中心之間的通信。CDMA傳輸模塊采用CDMA20001X型芯片。ZigBee射頻模塊 采用CC2420型芯片。 基站ZigBee射頻模塊CC2420用于實現(xiàn)基站設備與無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié) 點之間的通信，通過SPI接口與S3C2410互聯(lián)。 CDMA傳輸模塊CDMA20001X，用于實現(xiàn)基站設備與遠程監(jiān)測中心間的通信，通過 USART串口與S3C2410互聯(lián)。 如圖3所示，節(jié)點設備包括電源管理模塊、環(huán)境參數(shù)采集模塊、微處理器模塊以及 節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420四個部分。其中， 電源管理模塊包括 兩節(jié)3. 6V的LS14500C電池，串聯(lián)形成7. 2V電源，標稱容量為2. 7Ah ;以 LM2596-5. 0為核心的電壓轉換電路模塊，微處理器模塊提供5V電壓；以LM2596-3. 3為核 心的電壓轉換電路模塊，為參數(shù)采集模塊以及ZigBee射頻模塊CC2420提供3. 3V電壓。 參數(shù)采集模塊包括 瑞士森斯瑞(Sensirion)公司生產(chǎn)的SHT11/15型單片智能化濕度、溫度傳感器， 該傳感器內部自帶放大器、14位AD轉換器，校準存儲器、易失存儲器、狀態(tài)寄存器、控制單 元、加熱器、低電壓監(jiān)測電路等。測量相對濕度范圍是O 100%，分辨力高達0.03% RH， 最高精度為+2% RH。測量溫度范圍是-4(TC +123. 8"，分辨力為0. 1°C。該傳感器通過 I2C總線接口與處理器模塊互聯(lián)。 煙霧傳感器選用MQ-2，監(jiān)測類型為可燃氣體與煙霧，探測范圍為100 10000卯m， 靈敏度^5。傳感器輸出模擬量信號，對于不同濃度的煙霧、一氧化碳和甲烷氣體，輸出不同 的電壓值，輸出管腳與微處理器模塊的ADC接口相連，由微處理器模塊獲取傳感器數(shù)據(jù)后 經(jīng)過一定的計算，得出煙霧、一氧化碳和甲烷的濃度值。 紅外傳感器采用Electronics Line 300的EL-55,覆蓋范圍14m*14m， 46， *46，， 具有抗RFI、 EMI、 ESD干擾和防雷功能。紅外傳感器通過開關量信號與微處理器模塊相連。 當紅外探頭感應到有人存在，就輸出高電平，監(jiān)測范圍內無人的情況下，輸出低電平。 微處理器模塊采用ATMEL公司的ATmegal6微處理單元。該處理器有16K字節(jié)的 系統(tǒng)內可編程FLASH，512字節(jié)的EEPR0M，1K字節(jié)的SRAM，32個通用10 口線，JTAG接口，支持片內調試和編程，三個具有比較模式的定時器/計數(shù)器，可編程USART， 8路10位具有可
選差分輸入級可編程增益的ADC， SPI串行接口，可編程看門狗定時器。微處理器模塊通過
SPI接口與ZigBee射頻模塊CC2420互聯(lián)，實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的接收和發(fā)送。 節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420用于實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點與節(jié)點間的通信，并
實現(xiàn)與基站ZigBee射頻模塊CC2420的通信。通過SPI接口與微處理器模塊互聯(lián)。 本新型實用的硬件部分功能模塊、接口具有很強的獨立性，軟件采用模塊化設計，
均可以根據(jù)實際使用情況進行裁剪；各種存儲器的容量也可以根據(jù)實際需要進行選擇，具
有很大的靈活性；所有的I/O 口均由C0N16連接器與實際應用中的1/0線相連，所有的器件
都使用了標準的封裝形式，符合產(chǎn)品規(guī)范化和標準化的要求。這種功能化、模塊化的設計是
控制產(chǎn)品成本的一個非常重要的手段，也是快速開發(fā)產(chǎn)品的有力保證，也為今后應用領域
的擴展提供了方便。
權利要求一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，包括基站設備和節(jié)點設備，其特征在于，所述的基站設備包括主控芯片，用于控制基站設備的各功能模塊；CDMA模塊，用于處理CDMA網(wǎng)絡通訊；ZigBee模塊，用于處理ZigBee網(wǎng)絡通訊；所述的CDMA模塊通過RS232接口與主控芯片連接，ZigBee模塊通過SPI接口與主控芯片連接；所述的節(jié)點設備包括微處理器，用于控制節(jié)點設備的各功能模塊；ZigBee模塊，用于處理ZigBee網(wǎng)絡通訊；參數(shù)采集模塊，用于采集各種需要監(jiān)控的環(huán)境參數(shù)；所述的ZigBee模塊通過SPI接口與微處理器連接，參數(shù)采集模塊通過I2C總線或I/O接口或模數(shù)轉換器與微處理器連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 基站設備還設有顯示模塊，用于顯示采集參數(shù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)；所述的顯示模塊的顯示 信號輸入端連接主控芯片的顯示信號輸出端。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 基站設備還設有控制輸入器，用于對控制系統(tǒng)進行控制操作；所述的控制輸入器通過USB 接口與主控芯片連接。
4. 根據(jù)權利要求1或3所述的一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所 述的控制輸入器是鼠標或鍵盤
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 基站設備還設有存儲器，用于儲存收集后的數(shù)據(jù)；所述的存儲器通過數(shù)據(jù)線與主控芯片 連接。
6. 根據(jù)權利要求1或5所述的一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所 述的存儲器是SD卡。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 節(jié)點設備還設有電源管理模塊，用于對各功能模塊提供工作電壓；所述的電源管理模塊 的電壓輸出端連接各功能模塊的電壓輸入端。
8. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 參數(shù)采集模塊設有溫濕度傳感器，用于收集環(huán)境的溫度與濕度參數(shù)；所述的溫濕度傳感 器通過I2C總線與微處理器連接。
9. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 參數(shù)采集模塊設有煙霧傳感器，用于檢測可燃氣體與煙霧的濃度參數(shù)；所述的煙霧傳感 器通過1/0接口與微處理器連接。
10. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 參數(shù)采集模塊設有紅外傳感器，用于檢測是否有人進入監(jiān)控范圍；所述的紅外傳感器通 過模數(shù)轉換器與微處理器連接。
專利摘要一種基于ZigBee的無線倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，包括基站設備和節(jié)點設備，所述的基站設備包括主控芯片，CDMA模塊，ZigBee模塊；所述的CDMA模塊通過RS232接口與主控芯片連接，ZigBee模塊通過SPI接口與主控芯片連接。所述的節(jié)點設備包括微處理器，ZigBee模塊，參數(shù)采集模塊；所述的ZigBee模塊通過SPI接口與微處理器連接，參數(shù)采集模塊通過I2C總線或I/O接口或模數(shù)轉換器與微處理器連接。本實用新型相對現(xiàn)有技術優(yōu)點在于可同時采集多種環(huán)境參數(shù)，包括溫度、濕度、煙霧濃度以及物體侵入。數(shù)據(jù)通信能力強，網(wǎng)絡覆蓋范圍廣。數(shù)據(jù)處理數(shù)度快，功能強?；鞠到y(tǒng)使用源代碼公開的免費的實時操作系統(tǒng)嵌入式Linux，可免除版稅費用。相對于現(xiàn)有的人工監(jiān)測手段，設備和人工費用大大降低。
文檔編號H04W84/18GK201444252SQ20082020620
公開日2010年4月28日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權日2008年12月26日
發(fā)明者梁明, 陳敬謙 申請人:廣州電器科學研究