基于物聯(lián)網(wǎng)的智能倉庫安全管理系統(tǒng)設(shè)計

鄭冰欣

（西北民族大學，甘肅 蘭州 730124）

近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，以智能手機和平板電腦為代表的智能化終端已經(jīng)迅速普及，基于寬帶無線互聯(lián)網(wǎng)的新業(yè)務(wù)和應(yīng)用也不斷涌現(xiàn)。對于工業(yè)界而言，如何充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)來進一步提高生產(chǎn)效率，降低成本和提高產(chǎn)品競爭力已經(jīng)成為關(guān)注的熱點。特別是隨著倉庫的智能化管理在產(chǎn)業(yè)鏈中對資源配置速度及勞動時間影響的日趨增加，企業(yè)對于倉庫的智能化管理要求不斷提高。但是已經(jīng)提出的產(chǎn)品或解決方案普遍存在著若干缺點，致使一些小型企業(yè)無法實現(xiàn)智能化，包括部分系統(tǒng)造價昂貴，操作復(fù)雜，企業(yè)花費巨大。而倉庫安全問題一直是倉庫管理中的重要課題之一。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，倉庫管理系統(tǒng)逐步邁向自動化、智能化。本設(shè)計基于Linux操作系統(tǒng)，應(yīng)用各類傳感器實時監(jiān)測倉庫環(huán)境，并在緊急情況自動向管理員報警。在減少勞動力的同時，為倉庫管理員帶來低成本、高效率、高安全性的倉庫智能化安全管理。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)硬件組成

本設(shè)計由智能語音系統(tǒng)和環(huán)境檢測系統(tǒng)以及自動報警系統(tǒng)組成。其中，智能語音系統(tǒng)以樹莓派為核心控制器，其外接音響及無線藍牙模塊。環(huán)境檢測系統(tǒng)主要由溫濕度檢測模塊、煙霧濃度檢測模塊組成，對倉庫環(huán)境信息進行實時采集。而自動報警系統(tǒng)以51單片機為核心控制器，蜂鳴器模塊等元件組成，達到一定條件進行報警。最終，以上系統(tǒng)通過藍牙技術(shù)無線通信，實現(xiàn)倉庫安全管理系統(tǒng)的智能化。其系統(tǒng)框如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)工作原理

基于物聯(lián)網(wǎng)語音技術(shù)的智能倉庫安全管理系統(tǒng)選用Raspberry Pi為核心控制器控制智能語音系統(tǒng)。而在倉庫內(nèi)則選用操作簡單、低成本、低功耗的51系列單片機進行控制，確定溫濕度傳感器、煙霧濃度傳感器以及蜂鳴器等電子元器件的裝配，實時采集倉庫環(huán)境數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)超出設(shè)定閾值范圍，倉庫管理員辦公室的蜂鳴器報警，并語音播報相關(guān)情況，例如“警報！警報！煙霧濃度超標，請盡快處理”，從而確保險情得以及時控制。

2 硬件的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 硬件電路設(shè)計

本設(shè)計選用數(shù)據(jù)處理速度快，可音頻解碼的樹莓派作為語音系統(tǒng)的核心控制器。鑒于倉庫環(huán)境檢測只需采集煙霧濃度及溫濕度狀態(tài)等簡易數(shù)據(jù)，本設(shè)計選用低成本、低功耗、高可靠性的51系列單片機為倉庫安全管理系統(tǒng)的核心，再以安全性高、價格較為低廉的藍牙模塊為無線收發(fā)裝置連接到控制語音系統(tǒng)的樹莓派上。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)框

圖2 硬件結(jié)構(gòu)

2.2 煙霧濃度模塊及溫濕度模塊

本設(shè)計選用MQ-2煙霧傳感器，其靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、壽命長、驅(qū)動電路簡單，屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料。MQ-2的4腳輸出隨煙霧濃度變化的直流信號，被加到比較器U1A的2腳，Rp構(gòu)成比較器的門檻電壓。當煙霧濃度較高輸出電壓高于門檻電壓時，比較器輸出低電平（0 V），此時蜂鳴器進行報警，通知倉庫管理員“急救”。

此外，本設(shè)計還選用DHT11，其為一款有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度傳感器，其精度濕度±5%RH，溫度±2 ℃，量程濕度20%～90%RH，溫度0～50 ℃，可準確采集倉庫的溫濕度情況將采集到的溫濕度實時發(fā)送給51單片機，若超出設(shè)定范圍，則將對應(yīng)ID號發(fā)送給倉庫管理員，音響根據(jù)ID號進行特定語音播報。

2.3 藍牙模塊及WiFi模塊

樹莓派外接WiFi無線模塊進行連網(wǎng)，可快速處理大量音頻信號。由于樹莓派是基于Linux平臺的，故在初始接入WiFi模塊時，需通過putty等遠程連接的方式對WiFi進行wpa-ssid和wpa-psk等配置?？紤]到數(shù)據(jù)傳輸效率與倉庫環(huán)境的安全性問題，選用藍牙技術(shù)進行語音及指令的傳輸，不僅保障了用戶的隱私安全，而且達到實時獲取倉庫內(nèi)溫濕度及煙霧濃度等環(huán)境信息。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計部分可分為主流程模塊和功能模塊（見圖3）。主流程模塊主要負責系統(tǒng)初始化、信號的識別、流程的控制。而系統(tǒng)的初始化包括系統(tǒng)配置文件的加載，語音系統(tǒng)初始化，相關(guān)模塊的加載。而功能模塊主要負責采集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。當相關(guān)模塊采集數(shù)據(jù)超出設(shè)定范圍時，將進行信號識別，系統(tǒng)根據(jù)ID號能夠識別信號的來源，經(jīng)由百度語音平臺將對應(yīng)語句播報為語音信息，及時提醒倉庫管理員倉庫不良環(huán)境或是可能發(fā)生的險情。其中，在借助百度語音平臺的語音合成等技術(shù)時，可參考該平臺開源代碼，設(shè)計者申請并修改APP ID，API_KEY和SECRET_KEY的值即可使用。

圖3 軟件流程

4 結(jié)語

本設(shè)計將倉庫安全系統(tǒng)與智能語音技術(shù)相結(jié)合，在節(jié)省勞動力投入的同時，使倉庫安全管理更加效率化、智能化。本設(shè)計運用藍牙無線通信技術(shù)，較ZigBee開發(fā)技術(shù)簡單，適用于倉庫與倉庫管理員辦公室的短距離連接，且安全性高?？梢詮V泛用于各類型中小型倉庫，低成本，低功耗，具有一定的研發(fā)價值。

[參考文獻]

[1]王曉靜.物聯(lián)網(wǎng)及其技術(shù)體系研究[J].遼寧大學學報（自然科學版），2011（3）：275-278.

[2]龔衛(wèi)鋒.基于物聯(lián)網(wǎng)的軍隊智能化倉庫建設(shè)研究[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2011（9）：103-105.

[3]劉繼元.基于樹莓派的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用[J].電子世界，2016（8）：24-25.

[4]田世海，劉笑靜.智能倉庫出入庫系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].計算機應(yīng)用研究，2015（5）：1437-1440.

[5]余華芳，羅建旭，蔡張盛，等.基于51單片機智能排插的設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化與信息工程，2011（1）：31-33，45.

[6]馬萬治.無線通信抗干擾技術(shù)性能研究[D].成都：電子科技大學，2012.

[7]劉輝.發(fā)電企業(yè)移動倉庫管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2011.