1 引言
随着港口经济的快速发展 , 货运港口吞吐量逐渐提升 , 港口物流仓库的建设规模逐步扩大 , 仓库安全灾难频繁发生。比如由于仓库中的物资本身的性质 , 容易产生物资易燃、易爆等不安全因素 ; 又如管理上面的松懈可能导致盗窃行为的发生等等 , 所以加强仓库及其物品的安全管理十分必要。目前物流仓库的安全监测主要是防止火灾和盗窃事件。考虑到港口仓库受所处地理条件影响温湿度变化相对较大 , 较易引起库存物资的霉变、失效 , 对港口物流仓库的物品管理 , 除防火、防盗外 ,加强仓库温湿度的监控也尤为重要。
因此本文设计了一种基于 Zig Bee 无线传感网络的港口物流仓库安全无线监测系统 , 能够实现在复杂环境中实时采集现场火情、盗情和温湿度数据 , 对可能出现的险情进行远程手机安全预警。Zig Bee 无线传感网络是近年来新兴的短距离无线网络 , 它具有低功耗、低复杂度、低成本等优点[1-3], 在工业生产等领域有广泛的应用前景[4,5].利用 Zig Bee 技术可以在节省人力资源的同时 ,能有效地实现港口物流仓库安全远程自动监测 , 从而避免物流货物存储中可能发生的危险 , 具有良好的实用价值和现实意义。
2 港口物流仓库安全无线监测系统概述
本文设计的港口物流仓库安全无线监测系统包括火情监测、盗情监测、温湿度监控和险情报警功能。火情监测通过对仓库内火焰和烟雾浓度是否超标的监测 , 判断是否发生火灾。盗情监测通过红外线传感器对仓库室内及周边进行监控 , 实现防盗警戒。港口由于温湿度条件多变 , 为了保证货物存储的温湿度要求 , 本系统增加温湿度监控功能，对仓库内的温度和湿度进行实时监测，并且根据实测温湿度数据控制空调通风系统 , 防止仓库内温湿度异常给货物带来的损害。险情报警分为仓库现场蜂鸣器报警和远程手机报警两部分 , 其中手机报警利用 GSM（Global System for Mobile communication,全球移动通信系统 ） 移动通信网络及时给仓库工作人员手机发送信息。系统功能图如图 1 所示。
根据港口物流仓库安全无线监测系统的功能 , 本系统由 Zig Bee 无线传感器网络和 GSM 模块两大部分组成。系统结构图如图 2 所示。
Zig Bee 无线传感器网络由 Zig Bee 终端节点和协调器节点组成[6].Zig Bee 终端节点通过多路传感器完成仓库安全环境信息的数据采集任务。本监测系统采用的传感器包括温湿度、烟雾、红外和火焰传感器。在监测仓库是否有人入侵或发生火灾的同时 , 实时监测仓库内的温湿度。Zig Bee 终端节点通过无线通讯网络 , 将采集的仓库安全和环境信息数据 , 以及仓库内部蜂鸣器报警状态信息传递给协调器节点。
协调器节点负责组建无线传感网络 , 处理整个仓库安全监测系统的实时数据 , 同时具备仓库内温湿度显示和安全报警功能。如果仓库内温湿度不利于货物的存储 ,可以发送控制命令给空调通风系统进行降温处理。协调器同时与 GSM 模块连接。协调器节点在接收到 Zig Bee终端节点发来的报警信息后 , 能够将报警信息通过 GSM模块发送给仓库工作人员的手机 , 实现远程无线监测 ,以便快速处理可能出现的仓库险情。
3 仓库安全无线监测系统主要硬件设计
3.1Zig Bee终端节点硬件设计
Zig Bee 终端节点以 CC2530 中的 8051CPU 为核心 , 主要完成物流仓库火情、盗情、温湿度环境参数的检测与无线传输。传感器终端采用 RFD 设备 , 只需很少的资源和存储容量 , 因此供电方式使用电池供电。为了节省电能 ,Zig Bee 终端节点工作方式采用定时唤醒的间歇工作方式 , 每隔 1 分钟将终端的各传感器从休眠状态唤醒 , 开始数据采集 , 并向协调器节点发送信息 , 发送完成后再次进入休眠状态。本系统采用的传感器包括人体红外传感器 HC-SR501、火焰传感器、烟雾传感器MQ-2、以及数字温湿度传感器 DHT11.上述四种传感器分别与 Zig Bee 的 P0_4~P0_7 连接。各传感器性能汇总如表 1 所示。
3.2 协调器节点硬件设计
与 GSM 模块相连的 CC2530 作为 Zig Bee 的协调器来使用 , 是网络各节点信息的汇聚点 , 负责组建物流仓库安全无线传感器网络、存储节点和管理节点的任务[7,8].协调器节点接受 Zig Bee 终端各传感器节点的数据 , 通过 OLED（Organic Light Emitting Display, 有机发光显示器 ） 显示火情、盗情警报信息和仓库温湿度环境参数。并且如果物流仓库发生险情 , 通过串口发送 AT 指令到 GSM 模块 , 实现警报短信的发送。
