基于ZigBee無線傳感器網絡的智能倉儲節點設計

摘要：針對傳統倉儲管理自動化程度不高、人工依賴性等問題，提出一種基于ZigBee技術的智能倉儲管理。文章給出了協調器節點及終端節點的硬件框圖及主要軟件運行流程，并對節點的能耗進行分析，實現對倉儲溫度、濕度等環境參數進行無線傳輸和實時監測的設計。
關鍵詞：智能倉儲；Z_Stack；CC2530；能耗

0 引言
隨著現代物流業和供應鏈管理理念的不斷發展，倉儲管理在物流管理中的重要性日益提高，倉儲管理己成為物流管理的核心部分和關鍵環節。目前我國倉儲管理存在自動化程度不高、人工依賴性強等諸多問題，降低了倉儲管理的效率。本文設計了一種基于ZigBee無線傳感器網絡的智能倉儲系統，在原有倉儲系統的基礎上引入ZigBee技術，利用無線傳感器節點能耗低、網絡容量大、成本低的特點，在倉儲區域內讓其自組織構成智能測控網絡。這樣能夠有效地解決傳統倉儲存在的各種問題，同時還能夠對溫度、濕度等環境參數進行實時監測，從而構建了智能化的倉儲環境監測系統。

1 系統方案設計
為了保證系統的可靠運行，必須選擇合適的網絡拓撲結構。由于本倉儲系統節點有限，節點位置較為固定，因而采用了節點易于擴充、尋找路徑比較方便的樹型結構。樹型結構由網絡協調器、路由器、終端設備組成，其中網絡協調器通過串口與PC機相連，主要負責網絡的建立、發送PC機的指令和接收節點的數據，并將接收的數據發送給PC機。路由節點作為一種中介使協調器與終端設備通信，實現路由通信功能，同時也可以采集數據。終端設備完成對數據的控制和數據的采集，包括溫度、濕度、空氣成分等數據。

2 節點硬件設計
傳感器節點是無線傳感器網絡的基本單元，它負責傳感和信息預處理，響應監控主機的指令發送數據等。傳感器節點由傳感器、處理器、無線通信和能量供應等模塊組成，其結構如圖1所示。

CC2530是TI公司生產的一款基于具有SOC(片上系統)，支持IEEE802．15．4、ZigBee、ZigBee PRO標準，芯片集成了2．4GHz直接序列擴頻RF收發器、工業級增強型8051微處理器、高達256kB閃存、8kBRAM、8通道12位ADC，2個USART接口，21個通用接口GPIO等，4種供電模式，具有較高的無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，使能時電流消耗(不包括ADC電流)為0．5 mA，溫度系數為4．5／10℃，壓力系數為1／0．1V。濕度傳感器采用瑞士Sensirion公司推出的SHT75，默認的濕度測量分辨率為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 節點軟件設計
節點的軟件以TI公司推出的ZigBee協議棧Z_Stack為基礎，通過添加傳感器采集函數和應用層函數完成。Z_stack可實現絕大部分代碼公用，大大增加了項目的通用性和易移植性。Z-Stack協議棧是以簡單的任務輪詢形式運行的，該協議棧的主循環結構如下：