基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理自動(dòng)化程度不高、人工依賴性等問(wèn)題，提出一種基于ZigBee技術(shù)的智能倉(cāng)儲(chǔ)管理。文章給出了協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)及終端節(jié)點(diǎn)的硬件框圖及主要軟件運(yùn)行流程，并對(duì)節(jié)點(diǎn)的能耗進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行無(wú)線傳輸和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：智能倉(cāng)儲(chǔ)；Z_Stack；CC2530；能耗

0 引言
隨著現(xiàn)代物流業(yè)和供應(yīng)鏈管理理念的不斷發(fā)展，倉(cāng)儲(chǔ)管理在物流管理中的重要性日益提高，倉(cāng)儲(chǔ)管理己成為物流管理的核心部分和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前我國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)管理存在自動(dòng)化程度不高、人工依賴性強(qiáng)等諸多問(wèn)題，降低了倉(cāng)儲(chǔ)管理的效率。本文設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，在原有倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入ZigBee技術(shù)，利用無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能耗低、網(wǎng)絡(luò)容量大、成本低的特點(diǎn)，在倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)讓其自組織構(gòu)成智能測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。這樣能夠有效地解決傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)存在的各種問(wèn)題，同時(shí)還能夠?qū)囟?、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而構(gòu)建了智能化的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，必須選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于本倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)有限，節(jié)點(diǎn)位置較為固定，因而采用了節(jié)點(diǎn)易于擴(kuò)充、尋找路徑比較方便的樹(shù)型結(jié)構(gòu)。樹(shù)型結(jié)構(gòu)由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由器、終端設(shè)備組成，其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過(guò)串口與PC機(jī)相連，主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立、發(fā)送PC機(jī)的指令和接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)。路由節(jié)點(diǎn)作為一種中介使協(xié)調(diào)器與終端設(shè)備通信，實(shí)現(xiàn)路由通信功能，同時(shí)也可以采集數(shù)據(jù)。終端設(shè)備完成對(duì)數(shù)據(jù)的控制和數(shù)據(jù)的采集，包括溫度、濕度、空氣成分等數(shù)據(jù)。

2 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
傳感器節(jié)點(diǎn)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本單元，它負(fù)責(zé)傳感和信息預(yù)處理，響應(yīng)監(jiān)控主機(jī)的指令發(fā)送數(shù)據(jù)等。傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器、處理器、無(wú)線通信和能量供應(yīng)等模塊組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

CC2530是TI公司生產(chǎn)的一款基于具有SOC(片上系統(tǒng))，支持IEEE802．15．4、ZigBee、ZigBee PRO標(biāo)準(zhǔn)，芯片集成了2．4GHz直接序列擴(kuò)頻RF收發(fā)器、工業(yè)級(jí)增強(qiáng)型8051微處理器、高達(dá)256kB閃存、8kBRAM、8通道12位ADC，2個(gè)USART接口，21個(gè)通用接口GPIO等，4種供電模式，具有較高的無(wú)線接收靈敏度和抗干擾性能，傳輸距離大于75m，最高傳輸速率250kbps。
傳感器模塊主要包括溫度傳感器和濕度傳感器。溫度傳感器采用CC2530上的模擬溫度傳感器，使能時(shí)電流消耗(不包括ADC電流)為0．5 mA，溫度系數(shù)為4．5／10℃，壓力系數(shù)為1／0．1V。濕度傳感器采用瑞士Sensirion公司推出的SHT75，默認(rèn)的濕度測(cè)量分辨率為12bit，工作的最低電壓為2．4V，濕度的量程范圍0～100％RH，溫度的量程范圍為一40～123．8℃。

3 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)
節(jié)點(diǎn)的軟件以TI公司推出的ZigBee協(xié)議棧Z_Stack為基礎(chǔ)，通過(guò)添加傳感器采集函數(shù)和應(yīng)用層函數(shù)完成。Z_stack可實(shí)現(xiàn)絕大部分代碼公用，大大增加了項(xiàng)目的通用性和易移植性。Z-Stack協(xié)議棧是以簡(jiǎn)單的任務(wù)輪詢形式運(yùn)行的，該協(xié)議棧的主循環(huán)結(jié)構(gòu)如下：