基于zigbee技术的智能仓储管理系统的设计与实现

ＡＢＳＴＲＡＣＴＷａｒｅｈｏｕｓｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍａｌｌａｇｅｍｅｎｔ．Ｉｔｉｓａｌｓｏｐｒｏｃｅｓｓｃａｒｒｉｅｄｏｎａｒｅｆｅｒｓｔｏｔｈｅｓｔｏｒａｇｅｏｆｇｏｏｄｓｃａｒｒｉｅｄｉｎａｕｎｉｆｉｅｄ，ｅ伍ｃｉｅｎｔｓ缸ｅｓｏｆｏｒｇａｎｉｚｅｄ，ｅ圩ｅｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ，ａＩｌｄｐｌａｎｎｅｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｒｅｓｏｕｒｃｅｓｂｙｔｈｅｓｔｏｒａｇｅｓｅｃｔｏｒｕｓｉｎｇｔｈｅｉｒｏｗｎｓｔｏｒａｇｅｓｅｒｖｉｃｅｓ．Ｈｏｗｔｏｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔｅ街ｃｉｅｎｔｗａｒｅｈｏｕｓｉｎｇｇｒａｓｐｓｐｅｃｉｆｉｃｆａｓｔ，ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ｅ伍ｃｉｅｎｔｌｙａｎｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉＶｅｌｙｉｎｆｏｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｈｅｗａｒｅｈｏｕｓｅ，ａｎｄｔｏｓｔｏｒｅ１ａｒｇｅ锄ｏｕｎｔｓｐ叩ｅｒｏｆ‘ａｉｎｆ０肌ａｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｅｄａｎｄｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｂｙｓｙｓｔｅｍ，ｈａｓｂｅｃｏｍｅａｋｅｙｆａｃｔｏｒｂｙｗｈｉｃｈｂｕｓｉｎｅｓｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔａｋｅｔｈｅｈｅａｄａｎｄｗｉｎｉｎｔｈｅｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｋｅｙｏｆｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎａｉｓｔｏｔｈｅｇｏｏｄｓｉｎｍｅｗａｒｅｈｏｕｓｅａｎｄｔｏｃ０１１ｅｃｔｒｅａｌ一ｔｉｍｅａｎｄｓｙｓｔｅｍｔｏｐｏｓｉｔｉｏｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｔｏｍａｎａｇｅｉｎｆｏ瑚ａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｌｌｄｉｅｄａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｔｏｒａｇｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔ锄ｂａｓｅｄｏｎＺｉｇＢｅｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＴｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＺｉ班ｅｅｉｓ６ｔｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｔｒａｎｓｆ．ｅｒｒａｔｅｂｅｔｗｅｅｎｄａｔａｓｉｓ１０ｗｅｒａｎｄｍｅｄｅＶｉｃｅ—ｐｏｗｅｒｉｓｓｍａｌｌｅｒ，ｓｏｉｔｉｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｓｍａｌｌｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ（１ｅＶｉｃｅｓａｎｄｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｉｎｆｏｍａｔｉｏｎｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｗｉｍａｒｅｃｏｍｐｌｅｘｉｎｄｏｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ａｎｄｉｔｓｕｎｉｑｕｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄａｔａｔｙｐｅｓｉｎｔｅｍｉｔｔｅｎｔｄａｔａ，ａｎｄｐｅｒｉｏｄｉｃｄａｔａ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｎ．ｏｄｕｃｅｄＺｉｇＢｅｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｏｔｈｅｒｅｐｅａｔ１０ｗ—ｌａｔｅｎｃｙｄａｔａｗａｓｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｌｅｄａｔａｍｓｉｏｎｔｅｃｈｎ０１０９ｙｏｆＺｉｇＢｅｅｄｅＶｉｃｅｓ．Ｆｏｒｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎｔｈｅｓｔｏｒａｇｅ，ＣＣ２４３ＯｃｈｉｐｗａｓｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｊｏｉｎｅｄｉｎｔｏｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔＷｏｒｋｃｏｎｓｉｓｔｅｄｉｎａｓｐｅｃｔｓｏｆｈａｒｄｗａｒｅｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎ，ｏｎｍｅｍａｉｎｃｈｉｐｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ，ａ１１ｄｆｂｃｕｓｅｄａｓｔｈｅＲＦｏｆｍｏｄｕｌｅｔｏｔｈｅＣＣ２４３０ｃｈｉｐｔｈｅｃｏｒｅ，ｔｈｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｃｏｎｓｉｓｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｌｌｒｅ－ｈｕＩｎｉｄｉｔｙｓｅｎｓｏｒＳＨＴ１５ａｎｄＭＭＡ７２６０ａｎｄｍｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｒｓｅｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｏｆｔｈｅｇｏｏｄｓ．ＩｎａｓｐｅｃｔｓｏｆｓｏＲｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｔｈｅＩＡＲＥｍｂｅｄｄｅｄＷ６ｒｋｂｅｎｃｈｗｅｒｅｅｎＶｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｃｈｉｅＶｅｄｂｙｎ酣ⅣｏｒｋｂｕｉｌｄｏｆｔｈｅｎｅｔＷｏｒｋｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒａｎｄｐｒｏ铲锄ｒｕｎｎｉｎｇｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａ１１ｄｄｅｂｕｇｇｉｎｇ．ＰｒＯｇｒ锄ｔｈｅｃａｌｌａｃｃｅｓｓｔｏｔｈｅｔｅｍｉｎａｌｅｑｕｉｐｍｅｌｌｔａｎｄｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｉｏｉｎ．Ｔｈｅｔｅｎｎｉｎａｌｎｏｄｅｍｎｉｔｓｏｗｎｐｒｏｇｒ砌ｉｎｍｅｐｒｏｔｏｃｏｌｓｔａｃｋａ１１ｄｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃ０１１ｅｃｔｔｅｍｐｅｒａｔｌｌｒｅ—ｈｕｍｉｄｉｔｙａｎｄｏｔｈｅｒｄａｔａａｒｏｕｎｄｓｔｏｒａｇｅ锄ｂｉｅｎｔ，ｗｉｒｅｌｅｓｓｔｈｅｎｓｅｎｓｏｒｍｅｃ０１１ｅｃｔｅｄｄａｔａｓｅｎｄｉｎｆｏ衄ａｔｉｏｎｗａｓｔｒａＩｌｓｍｉｔｔｅｄｔｏｍｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒｓｃｒｅｅｎｔｈｒｏｕ曲ａｎｅ咐ｏｒｋ．ａＪｌｄｄａｔａｔｏｔｈｅＰＣｗｈｏｓｅｍｏｎｉｔｏｒｗａｓｄｅｓｉ口ｅｄｂｙｕｓｉｎｇＤｅｌｐｈｉ７．０ａＩｌｄＳＱＬＳｅｒｖｅｒ２０００ａｎｄｄａｔａｂａｓｅ，ａｎｄａｃｈｉｅｖｅｂａｓｉｃａｌｌｙｔｈｅｅｎｔｉｒｃｗａｒｅｈｏｕｓｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｓｔｏｒａｇｅ．ｏＶｅｒａｌｌｆｈｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙｕｎｄｅｒｔｈｅｔｅｓｔＦｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｔｅｓｔｅｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’ｓｅｎＶｉｒｏ眦ｅｎｔ哈尔滨工程大学硕士学位论文ｂｕｉｌｔ．ＴｈｅｎｔｈｅｄａｔａｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｅｎｔｉｒｅＺｉｇＢｅｅｓｔｏｒａｇｅｎｅｔｗｏｒｋｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｔｈｒｏｕ曲ｄａｔａ向ｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｅｄｍａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄｍｅｅｔｍｅｄｅｓｉｇｌｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄａｃｈｉｅＶｅｄｔｈｅｅｎｔｉｒｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ａｔｔｈｅａｓ舭１ｅｔｉｍｅｓｕｍｍａｒｙａｎｄｅＶａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐａｐｅｒｗｏｒｋｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆ如ｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋ．Ｗ１１ｉｌｅｆｏｒｍｅｌａｃｋｉｎｍｅｅｘｐｅ血ｎｅｎｔ，ｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｔｕｒｅｗｏｒｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＺｉｇＢｅｅ；Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｔｏｍｇｅｓｙｓｔｅｍ；Ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ；ＣＣ２４３０；Ｄａｔａ向ｓｉｏｎ第１章绪论第１章绪论１．１论文研究的背景与目的仓储是物流业中的重要组成部分，仓储的主要功能包括起源、存储或点消费，更多功能是它能够提供一些基本库存信息，包括货物入库、出库、仓库订货、货物管理等大量物流信息。近几年正是由于物资的增多使得仓储中的物品存储不当，造成了大量的粮食等货物的浪费，出入库处理造成的失误也能够影响仓储中货物的流通速度，这样会带来国家和人民巨大的经济损失，因此为了减少，以及杜绝这些经济损失，我们必须采取一定的方法对仓储进行高效的管理，仓储系统历经人工仓储技术，机械化仓储技术和自动化仓储技术阶段，目前已经发展到将信息采集系统与自动化仓储技术进行高效结合的智能仓储系统，它的特点是将无线射频技术运用到仓储系统中，使仓储管理系统进一步以自动化、功能化的形式快速的发展¨１。无线通信射频技术起步较晚，目前为止还是一个崭新的领域，但确实是一个相当重要的领域。传统的人工仓储管理具有一定的缺点，如浪费人力、消耗财力、耽搁时间等，如果在仓储中采用有线方式进行采集，传输数据，不仅线路冗余复杂，而且不适合大范围多数量放置，布线的成本比较高，同时还存在着线路的老化等诸多问题，极大地影响了系统的可靠性与安全性能，因此它们正在逐渐被无线通信技术以及传感器技术所取代，为了满足像温湿度传感器，加速度传感器等这样的小型、低成本设备的需求，双向无线通信技术ＺｉｇＢｅｅ产生了，它具有低复杂度、低速率、近距离、低成本的、低功耗等一系列特点，其中它最突出的优势是低功耗和低成本，并且ｚ碴Ｂｅｅ协议栈设计简单，降低了对通信控制器的要求，这样便大大降低了器件成本。由此可见，将ｚｉｇＢｅｅ技术应用到仓储管理系统中具有重要的意义。我们在仓储中每一个货物上安装ＺｉｇＢｅｅ节点装置，使得无线传感器网络与有线网络相结合，这样便可以实时地采集数据并且实现仓储内大量数据的远距离传输，一方面管理人员可以及时的、准确的掌握仓储中的各类具体信息，另一方面还可以极大的提高仓储区的管理效率以及安全级别，实现了仓储管理系统的自动化、智能化¨１。因此ｚｉｇＢｅｅ技术的应用会对仓储管理系统发展起到不可或缺的作用。１．２技术现状１．２．１智能仓储系统国内外研究现状仓储管理本身就是一门经济管理学科，它同时涵盖了许多其它科学技术，例如应用技术科学、管理科学等，因此在完整的物流系统中仓储管理系统发挥着极大的作用，现代的仓储管理系统能够以低成本、高效率以及新技术为基本原则组织管理仓储生产，在哈尔滨工程大学硕士学位论文国外，物流管理业的发展迅速，信息系统的管理软件也逐渐配合它发展起来了。从１９５０年开始，美国就率先发展物流业，致力于物流管理的理论研究，到了１９７０年以后，美国首先生产出了专用的ＷＭＳ（Ｗ打ｅｈｏｕｓｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ），这证明了仓储管理系统发展的快速。１９８０年以后，对仓储的分析中加强了对复杂系统设备的研究以及微机仿真技术的应用，整个过程包含了从原料输送到仓库进行管理、工艺的制造、后勤的维护等，并加入了模糊控制学、运筹学、专家系统等多层次的优化探讨ｐ１。９０年代以后，国外开始注重与现代制造技术结合，例如ＥＲＰ（Ｅｎｔｅ印ｒｉｓｅＲｅｓｏｕｒｃｅｐｌａｎｎｉｎｇ，企业资源计划）、ＦＭＳ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＭａｎｕｆａｃｔｕ曲ｇＳｙｓｔｅｍ，柔性制造系统）、ＣＩＭＳ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＩｎｔｅ斟ａｔｅｄＭａｎｕｆ－ａｃｔｌｌｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，计算机集成制造系统）、ＪＩＴ（ＪｕｓｔＩｎＴｉｍｅ，现代管理技术）和ＳＣＭ（ＳｕｒｆａｃｅＣｏｍｐｌｅｘａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ，供应链管理）等进行平面行置与物料搬运的研究。目前国外的众多厂家都已经开始专业的生产智能化的仓储设备，并且国外的仓储产品在内部功能的实现上进行了深入的改进和创新，因此生产出的设备的可靠性和适应性都达到了很高的水平。据最新的统计目前ＷＭＳ的供应商大约有４００家左右。其中ＭａｎｈａｔｔａｎＡｓｓｏｃｉａｔｅｓ公司的ＷＭＳ软件，具有在多仓库环境下自动优化出、入库路径，实时监控员工的执行情况，通过增值服务快速反应客户订单等功能；美国亿杰科技的供应链执行软件，以仓储管理为核心，提供供应链一体化管理，具有流程的先进性、高智能程度、高自动化管理等特点，支持采购、订单管理、收货、存储、分配、挑选、发货、存货管理、劳动力控制、任务管理和报表打印等功能。在国内我们对智能仓储管理系统的研究才刚开始不久，至今为止并没有形成较完整的国家标准形式，因此在技术上是有较大差距的，这也说明它在我国的具体应用仍处于起步阶段，另外过去国内设计的仓储系统的组成较为复杂，并且系统中主要采用的是有线通信方式。目前对于射频技术在物流管理中的应用，国家研究机构以及研究人员付出了相当大的努力。同时我们也采用国外的一些先进技术以便于来推出自己的产品，例如上海石化物流系统将ＢＰＭ技术和ＺｉｇＢｅｅ技术结合起来，这样系统的管理幅度和应用层面信息进一步被传播了；另外软件公司ＤＣ在白沙物流信息管理系统中加入了ＲＦＩＤ技术，这是利用白沙物流的作业需求并将ＲＦＩＤ技术运用到出入货物管理、货物盘点、位置调整等步骤，基本实现了在仓储管理系统研究上的创新。因此在当前的智能仓储管理系统中，无线通信网络技术应用于管理系统中已成为必然的趋势，一方面由于无线网络可以提供更大的灵活性和流动性，在布线方面上省去了大量的费用和精力，另一方面它更符合仓储系统内部的信息数据通讯特点，在未来无线网络通信技术会进一步的向前发展，这样也一定能够极大的促进仓储系统智能化、网络化的进程。２第１章绪论１．２．２无线ＺｉｇＢｅｅ技术发展现状近几年半导体技术、计算机技术和通信技术的发展迅速，世界各地对无线通信技术展开了深入的研究和应用，ｚｉｇＢｅｅ技术作为一种新兴的低速率、短距离无线传感器网络技术，它有自己的无线电标准，并且ＺｉｇＢｅｅ网络通信效率非常高而且传感器能耗很低，因此ｚｉｇＢｅｅ技术很快被公认为当前无线网络中最实用的技术之一，它的应用范围广泛，在无线网络数据传输、无线传感器网络搭建、无线跟踪定位、数字化家庭、汽车监控系统、无线遥感、智能抄表系统、电子医疗设备、自动化工业等多个方面都受到了极大的关注。首先在２０００年末，ＩＥＥＥ８０２．１５．４工作组由美国的电子及电气工程师协会组建，他们主要的任务是开发一种低功耗、低成本的无线通信技术，以便于它能够应用到更多的便捷、固定或者能够移动的设备上。到了２００２年１０月，美国摩托罗拉、荷兰飞利浦、英国Ｉｎｖｅｎｓｖｓ和日本三菱电气等多家企业成立并加入到了ＺｉｇＢｅｅ联盟中，到目前大约有几百家芯片企业、公司、产品开发商投入该联盟，２００３年１１月，ＩＥＥＥ发布了该项技术的物理层和媒体接入层所采用的标准协议一ＩＥＥＥ８０２．１５．４并推出了ＺｉｇＢｅｅｌ．０版本Ｈ１。从２００５年开始，人们对ＺｉｇＢｅｅ技术的关注愈发强烈起来，到了２００６年ＺｉｇＢｅｅ联盟又进一步推出ｚｉｇＢｅｅｌ．１版，它是ｚｉｇＢｅｅｌ．Ｏ的修订版。２００７年１０月，又继续推出ＺｉｇＢｅｅ２００７，并且修订出了新的标准，在原有的基础上对ＺｉｇＢｅｅ协议栈进行了进一步升级，而且它同时在自动跳频技术，网络的拓宽以及更实用的路由算法取得了更大的改进和提高，到目前为止ｚｉｇＢｅｅ全球兼容平台（ｚＣＰ）已经有４２家通过认证。最近几年，我国也有很多公司、企业单位开始逐渐涉足研究ＺｉｇＢｅｅ技术，其中比较成功的有成都无线龙公司推出的ｚｉｇＢｅｅ学习与开发的相关硬件、软件开发平台和大量的书籍资料。成都西谷曙光数字技术有限公司采用ＲＦＩＤ和ｚｉ邸ｅｅ技术相结合开发出了一套低成本的、高可靠性和自动组网功能的无线数据传输系统，本系统具有高接收灵敏度、低传输速率等诸多优势垆１。但是毕竟ｚｉ邸ｅｅ技术本身是一门新的无线传输技术，它突出要求无线射频技术结合底层的软硬件设计，应用软件的开发同时要与网络通信相匹配，因此这些问题更加需要我们去理解、熟悉这门新型技术。１．２．３数据融合技术国内外研究现状数据融合技术作为数据处理的一门新技术，近几年正在以飞快的发展速度逐步进入到军事、工业以及农业应用领域。数据融合这一概念在２０世纪７０年代第一次由美国军方提出，而当时却没有足够的人们给予关注。但是随着数据处理技术在军事、工业等领域中的飞速发展，军事指挥人员或工业控制人员在处理复杂环境时会面临大量的数据冗哈尔滨工程大学硕士学位论文余，信息超载的问题，因此需要新的技术对过剩的数据进行组合、解析，这时人们开始逐渐认识到数据融合的重要性。到了２０世纪８０年代，美国军方更加致力于数据融合的发展，与此同时随着传感器技术的快速发展和投入资金的增加，使得传感器的需求数量增加极快，军事部门为了得到更多的信息和数据去发展工业和军事领域，更加强调采集信息的实时性，实用性峥１。从此数据融合作为研究军事领域中多元信息并进行处理的新兴理论、技术和方法，已经逐渐发展成为一门中和、横断的学科。它的产生、形成与发展是现代科学技术发展的新产物。我国在世界各国关注数据处理技术的背景影响下，开始渐渐对这项新技术产生浓厚兴趣，在“八五”规划中给予了数据融合技术适当的经费投入，同时部署了一些重点研究项目，将其列为未来发展计算机通信的关键技术之一，但是因为我国对这项技术研究才刚刚起步，因此相对国外我们面临的挑战更是严峻的，但是我们可以学习国外的先进理论基础，利用研究的成果和经验努力在数据融合算法、目标跟踪识别等理论上加以研究和突破。目前针对各类系统的结构复杂性，单传感器已经不能满足系统中各类信息数据的采集，因此多传感器技术被充分的利用到大量信息特征量的采集、监测中，同时为了能够提高采集数据信息的可靠性与准确性，避免浪费过多的无线通信带宽以及宝贵的能量资源，数据处理技术被广泛的应用到无线多传感器网络中，并且随着无线通讯网络技术的迅速发展，数据融合技术与系统应用的实际结合也越来越紧密，采用数据融合处理技术即能够降低网内数据处理所消耗的能量，又能达到减少传送的数据信息量，减少数据通信的消耗。另外在社会各类生产需求的前提下可以将数据融合技术合理的应用到工业、军事以及其他领域中，使这门学科的应用得到更快的发展和进步，以便取得事半功倍的效果。１．３本文的主要研究内容课题研究的主要内容是基于ＺｉｇＢｅｅ技术的智能仓储管理系统，在不久的将来，智能仓储管理系统将成为仓储管理的重要一部分，传统的仓储管理系统通常采用有线传感器采集、处理仓库内角落的数据，经过统筹管理技术能够满足一定的需要，但是在现代生活中，这样的布线会带来复杂的布局，巨大的以及交错的电线设备，因此传统的电缆连接已经从现代仓储中慢慢退出了舞台，在本课题中，基于以上分析提出了一种将无线和有线网络相结合使用的研究方案，并且研究更加实用于本方案的融合算法，最后经过整体调试修改以达到采集、测量、计算仓储系统内大量信息的要求。论文具体工作如下：１．结合本课题的研究背景和目的，阅读大量文献和书籍资料，深入了解智能仓储管理系统以及多传感器数据融合技术的国内外发展状况以及研究现状。４第１章绪论２．深入研究ｚｉｇＢｅｅ的基本原理、特点与应用环境，通过比较几种常见的无线传输技术，突出分析了本课题选择ｚｉｇＢｅｅ技术的原因和优势，并进一步对ｚ远Ｂｅｅ协议栈的组成和功能做详细的分析和深入的研究，对ｚｉｇＢｅｅ无线网络的建立进行了设计，具体包括网络的拓扑选择以及低功耗网络的实现。３．着重研究了本系统的整体设计思路以及总体框架，并根据课题研究的需求，重点给出系统中几个子模块基本组成，并介绍了其工作的原理。４．根据智能仓储系统的总体设计结构，首先设计了系统中的硬件电路，包括协调器节点、终端节点以及传感器电路等的设计，然后在此硬件设计的基础上，对系统中的节点软件和应用软件进行了具体设计开发，使其能够组建一个实现仓储管理监测功能的传感器网络，最后根据仓储系统的具体要求，采用Ｄｅｌｐｈｉ７．０和数据库ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ２０００设计上位机可视化界面，实现温湿度，位置偏移量等数据信息的实时查看，显示并能够将数据存储进相应的数据库中。５．根据无线传感器网络传输数据的的特点，也为了避免各个传感器节点同时传送信息给无线网关而造成的信息传输效率低下、大量的能量浪费、以及无线通信中宽带的浪费，通过比较目前常用的几种数据处理算法，选取了数据融合算法，并在此基础上提出了基于数据时空的融合算法，并通过实验仿真验证其可行性和优越性，基于这种方法对系统的数据进行融合处理能够实现节省能耗的目的。６．构建系统测试环境，完成系统的功能测试，验证系统的可行性和可靠性，然后分析评价测试数据，并将数据融合技术运用进ｚｉｇＢｅｅ无线网络中，最后对本课题设计完成的ｚｉｇＢｅｅ仓储管理系统进行整体性能分析，通过实验的方法验证了该系统的可行性。哈尔滨工程大学硕士学位论文第２章系统相关理论技术２．１ＺｉｇＢｅｅ技术综述ＺｉｇＢｅｅ技术起源２．１．１随着无线通信和半导体技术的发展，许多组织陆续推出了多种新的短距离无线通信技术，人们也开始逐渐关注短距离通信技术在无线通信领域中应用，在现代的工业生产以及自动化控制中，正是需求一种具有低功耗、低成本、低复杂度、低数据传输速率等特点的无线通信技术，这时ｚ远Ｂｅｅ无线通信技术应运而生。ＺｉｇＢｅｅ名称源自蜜蜂群在发现食物源位置时，通过跳ｚｉｇｚａｇ形舞蹈来告知它的同伴食物的具体位置、方向以及距离等信息，故以此命名。ｚｉｇＢｅｅ由成千上万个微小的传感器设备组成，拥有特制的无线电标准，节点之间可以协调工作以实现相互通信。ｚｉ邸ｅｅ过去的名称为“ＲＦＥａｓｙＬｉｌｌｌ（”、“ＨｏｍｅＩ强Ｌｉｔｅ”或“ＦｉｒｅＦｌｙ”无线电技术，目前我们统称它为ＺｉｇＢｅｅ技术。ＺｉｇＢｅｅ主要的技术特点包括传输速率低、功耗低、成本低、时延短、白组网灵活、数据传输可靠、安全性等门１。ｚｉｇＢｅｅ兼容的产品工作在ＩＥＥＥ８０２．１５．４之上，其频段是完全免费开放的，分别为２．４ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ和８６８ＭＨｚ。采用ＺｉｇＢｅｅ技术的产品可以在２．４ＧＨｚ上提供２５０ｋｂｉｔ／ｓ，分为１６个信道、在９１５ＭＨｚ提供４０ｋｂｉｔ／ｓ，分为１０个信道，以及在８６８ＭＨｚ上提供２０ｋｂ州ｓ，只有１个信道，传输速率为４０ｋｂｐｓ，由此可见，技术标准中的调制方式和传输速率在各频段上是有差异的。数据传输的范围依赖于输出功率和信道环境，其传输的距离在１０—１００ｍ之间，另外ＺｉｇＢｅｅ协议应用的频段是开放的，因此目前已经被大量的无线技术所应用，这样我们在各频段使用了直接序列扩频技术实现了抗干扰作用隅１。另外这些ＺｉｇＢｅｅ节点只需求较低的能耗，无线通信电波就能够以传递的方式将数据信息在传感器节点之间传输，并且通信的效率是非常高的，传输速率可以达到１０～２５０ｋｂｐｓ，数据包的长度也可以达到ＩＥＥＥ８０２．１５．４ＭＡＣｌ２７字节。每个数据包的首字节组成了１６位得ＣＲＣ值，以此用来核实通信框架的完整性，它的传输距离有时可以超过１００米。２．１．２几种短距离无线通信技术的比较１．无线通信技术和有线通信技术的区别随着计算机技术和无线网络的快速发展，有线方式的通信技术已经存在着过多的缺点，因此这时短距离无线通信技术被关注，并且两者之间存在许多差异，短距离无线网络通信技术突出特点如下：①它的发射功率非常低，可以达到几微瓦甚至小于１００微瓦；②无线通信范围较大，大约在几厘米到几百米之间；６第２章系统相关理论技术⑧主要在房间内使用；④射频天线通常采用全向天线和贴片天线；⑤无线频道无需申请便可以使用；⑥高频操作；⑦终端设备采用电池供电一１。短距离无线通信技术存在着各种各样的优势特点，下面对常见的无线网络技术作一些分析对比，选择一种适合于仓储管理环境的无线通信技术。设备之间的通信模式如２．１所示：～／—』麴ｂ一图２．１通信模式图２．Ｚ堙Ｂｅｅ技术与其他无线技术的比较目前常用的无线通信技术主要有以下几种，ｚｉｇＢｅｅ技术、无线局域网技术（Ｗｉ—Ｆｉ）、蓝牙技术（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、超宽屏技术（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ）和近距离无线传输技术（ＮＦＣ）等。（１）、Ⅳｉ－ＦｉＷｉ．Ｆｉ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＦｉｄｅｌｉｔｙ）起初的规范是在１９９７年被提出的。它提供无线局域网的接入，可以作为目前ｗＬＡＮ的主要技术标准，通信速率可以达到５４Ｍｂｐｓ，实现了几Ｍｂｐｓ至几十ｍｐｓ的无线接入。Ｗｉ—Ｆｉ技术以其便携性，宽带的优异性，轻松地解决了大约１００ｍ的通信要求，但是Ｗｉ—Ｆｉ具有较高的功耗，收发器的覆盖半径有限，这在工业领域内限制了它的发展ｕ…。（２）蓝牙（Ｂ１ｕｅｔｏｏｔｈ）蓝牙是一种低功耗短距离的无线传输技术，蓝牙技术的发展至今也已经历了１０多个年头，它的传输速度较快，主要应用于信息设备之问通信的无线连接，蓝牙设备体积小、易于集成，所以该技术容易普及推广，但是由于受到芯片价格高、厂商支持力度不够等诸多问题影响，目前只能作为设计有线通信的替代品，而且其功耗较高、支持设备节点少，传输距离较近。（３）红外线数据通信技术红外线数据通信利用红外线方式进行点对点之间的无线通信。它通常采用８５０毫米的红外光进行数据之间的传输，其数据传输速率较快，目前可以达到１６Ｍｂｐｓ，但是其信号之间传输必须使设备间对准，而且之间需要无障碍，且不支持多点传输，其使用受至０极大限锖０¨“。哈尔滨工程大学硕士学位论文（４）射频识别技术（ＲＦＩＤ）射频识别技术是～种通过射频信号非接触自动识别目标对象并获取相关数据的技术。近几年随着射频技术的飞速发展，射频识别技术（ＲＦＩＤ）也走进了各行各业，大量的产品正在成为现实并走向应用，但是其通信功能还不够完善，阅读器设备之间不能够统一管理，因此它的局限性较明显¨引。（５）近距离无线通信技术叫ＦＣ）近距离无线通信技术是一种短距离的高频无线通信技术，它是以射频识别技术一Ｉ江ＩＤ为基础，逐渐发展演变起来的，ＮＦＣ可以在电子设备之间进行非接触式点对点的数据传输并进行数据交换。ＮＦＣ无线连接技术的特点是轻松性、安全性、带宽高、能耗低、通信迅速性，但是其传输范围比较小，适应近距离的无线通信¨３１。从上面几种技术的比较我们可以看出，这些无线通信技术都具有各自的优缺点，下面的表２．１就是几种无线通信方式参数的比较”…。表２．１几种无线传输方式比较网络技术价格电池寿命有效范围Ｗｉ—Ｆｉ蓝牙ＵＷＢＩｒＤＡＺｉｇＢｅｅ较高几天５０ｍ５．５／１ｌⅣｆｂｉｔｓ８０２．１１ｂ２．４ＧＨｚ适中几天１０ｍ１．３Ⅳｆｂｉｔ／Ｓ８０２．１５．１２．４ＧＨｚ很高几小时３０ｍ较低几天２ｍ很低几年１０．７５ｍ２０／４０／２５０Ｋｂｉｔ／ｓ８０２．１５．４传输率接受协议通信频段４０．６００Ⅳ【ｂｉ以１６Ｍｂｐｓ３．１—１０．６ＧＨｚ３．１—１０．６ＧＨｚ８６８ＭＨｚ／９１５ＧＨＺ／２．４ＧＨｚ应用范围无线局域网个人网络移动硬盘、闪存盘、数码相机等近距离遥控无线传感器网络，工业监控，智能仓储等２．１．３ＺｉｇＢｅｅ技术的分析ｚｉｇＢｅｅ技术的应用环境主要是传输信息速率较低的传感器设备间或是距离较短的范围内，另外ｚｉｇＢｅｅ技术众多的特点，如结构简单、网络构建灵活、功耗低、成本低设备可靠等。低功耗：ｚｉｇＢｅｅ技术在工作模式时的速率传输较低，数据量传输小，这样其收发信号的时间就会变的很短，而它处于非工作模式的状态时，其节点设备会马上进入休眠模式，设备之间时延的搜索通常为３０毫秒，激活休眠需要的时延大约为１５毫秒，接入的活动设备信道要求的时延大约是１５毫秒。同时对ｚｉｇＢｅｅ节点电池的如何使用作了调整，少数电池的寿命使用时间可以达到１０年左右。可靠性高：为了提高系统中数据信息传递的可靠性，ｔａｌｌ（一Ⅵ，ｈｅｎ．ｒｅａｄｙ的碰撞避免机制被ｚｉｇＢｅｅ媒体接入控制层所采用，这样数据信息传输机制被完整的确认后，如果这第２章系统相关理论技术时数据需要传送时，必须马上传送出去，所有的数据包被发送后需要等待另一方接收并发出确认信号回复，如果接收方没有发出确认信息，就表明信息之间发生了碰撞，需要重新将信息发送一次”“。高度扩充性：ｚ碴Ｂｅｅ网络容纳的节点设备非常多，最大限度可以有２５５个网路设备节点，如果网络中增加网络协调器，全部的网路能够容纳６５００个节点设备，假如协调器之问互相连接起来，ｚｉｇＢｅｅ无线网路中的节点数目将被扩充到极大的范围”６。。自组织功能：终端节点上电初始化开始搜寻附近相关协调器，找到后会主动请求加入无线网络并等待回复批准，如果无线通信网络中存在大量的节点设备，新加入的节点就会比较容易的找到相关节点以进行两者之问的通信，最后确定网络中的所有连接关系进而组成网络化的通信结构。２．１．４ＺｉｇＢｅｅ协议栈的体系结构ｚｉｇＢｅｅ技术的基础是ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准并建立在其之上，同时它也是ｚｉｇＢｅｅ联盟所主导的无线传感器网络技术标准，它的分层结构多样化，每一层都将为其上层提供一系列相应的服务。ＩＥＥＥ８０２．１５．４协议标准主要工作是将ＭＡＣ层与物理层协议修正完整，因此其它的协议可以采用现有存在的无线网络技术标准ｍ１。ＺｉｇＢｅｅ协议栈提供了分层技术，ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准将物理层（ＰＨＹ）、媒体接入控制层（ＭＡＣ）定义完整，ＺｉｇＢｅｅ协议将网络层（ＮＷＫ），应用层（ＡＰＬ）及安全服务提供层（ＳｓＰ）三块内容作为框架的设计，应用层框架主要包括应用框架（ＡＦ）、ｚｉｇＢｅｅ设备对象（ｚＤ０）、应用支持层（ＡＰＳ）以及制定商等管理平台。ＺｉｇＢｅｅ协议栈的体系结构如图２．２所示。翻甾ｏＮｏｏｂＤ图２．２ｚｉｇＢｅｅ协议栈体系结构模型ＺｉｇＢｅｅ协议与其它无线通信协议相比较起来，ＺｉｇＢｅｅ协议套件的实现是比较方便的、紧密的，而且需要实现的整体要求也是非常低的。接下来我们就详细的介绍一下ｚｉｇＢｅｅ协议栈中各层的结构功能ｍ１。９哈尔滨工程火学硕士学位论文１．物理层ｆＰＨＹ）物理层分别工作在８６８／９１５ＭＨｚ和２．４ＧＨｚ两个频段上，它将物理无线信道和ＭＡＣ子层间的连接接口重新定义，进一步增加了物理层数据服务和管理服务，前者可以通过物理信道进行数据的传送，后者的作用是维护一个数据库，这个数据库主要由物理层中有效的数据组成，物理层具体的功能包括：ｚｉｇＢｅｅ设备的激活，检测物理信道中的能量，等待链路服务数据的传送并接收，选择合理的信道频率，传输和接收外来的数据信息。物理层的参考模型如图２．３所示图２．３物理层参考模型２．ＭＡＣ层ＭＡＣ层采用免冲突载波检测多路径访问（ＣＳＭ～ＣＡ）机制来控制信道接入，主要负责产生并发送信标帧、设备与信标同步、为设备的安全性提供支持等。ＭＡＣ层的参考模型如图２．４所示，ＭＡＣ层的数据服务能够确保ＭＡＣ协议数据单元准确的在物理层数据服务中传输，而ＭＡＣ层的管理服务也能够维护一个数据库，这个数据库是用来存储ＭＡＣ子层协议的状态数据信息。图２．４ＭＡｃ层参考模型３．网络层网络层被称为ｚｉｇＢｅｅ协议栈的中心。网络层主要功能是建立拓扑结构和维护网络连接，包括网络的初始化，新设备的建立，数据的传送和储存等功能，网络层支持支持星形（Ｓｔ砌、树形（Ｃｌｕｓｔ＊Ｔｒｅｅ）、网格（Ｍｅｓｈ）型等多种拓扑结构。ＭＡＣ层的参考模型如图２．５所示：１０第２章系统相关理论技术图２．５网络层框架４．应用层ＺｉｇＢｅｅ应用层框架包括应用支持子层（ＡＰＳ）、Ｚｉ邸ｅｅ设备对象（ＺＤ０）和制造商所定义的应用对象（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ０ｂｊｅｃｔ）。ＡＰＳ子层的参考模型如图２．６所示，应用支持子层负责维护设备绑定表以及所绑定设备间的数据传输，ｚｉｇＢｅｅ设备对象的位置处于应用支持子层和应用框架间，这要负责网络设备的发现和角色定义，提出或响应绑定请求，建立设备间的安全关系。图２．６ＡＰＳ子层参考模型２．２ＺｉｇＢｅｅ组网技术的研究ＺｉｇＢｅｅ网络设备的形成２．２．１为了实现仓储系统中传感器网络无线化、网络化、规模化的要求，同时实现ＺｉｇＢｅｅ设备的自动组网，ＺｉｇＢｅｅ协议中定义了全功能设备（ＦＦＤ）和半功能设备（ＲＦＤ），在仓储管理系统中，大多数的节点为子节点，它们通常用于星型网络拓扑结构中，并且它们只能与全功能设备建立通信关系，优点是结构相对简单，能耗低，主节点采用物理设备被用作协调器，负责与它所控制的子节点通信，支持任何网络拓扑结构，设备间通信无任何限制，协调器之间可以相互传输信息。网络设备功能分类如表２．２所示ｕ…。哈尔滨工程大学硕士学位论文表２．２网络设备功能分类设备分类半功能设备（ＲＦＤ）全功能设备（ＦＦＤ）电源服务供给一定限制提供全部或部分接收设备空闲时关闭电池供电固定电源供电始终开启根据ｚｉｇＢｅｅ协议栈的功能和作用能够实现仓储中具体要求的条件和丰富的资源储存，ＺｉｇＢｅｅ网络协议定义了三种类型的资源设备：网络协调器、路由器以及终端设备，每种设备都具有各自的特点。ｚｉｇＢｅｅ协调器设备支持网络的启动和配置，在单个的ＺｉｇＢｅｅ网络中，协调器只存在一个。网络协调器的特点是支持相关联以及需要存储的节点设备数据，数据转发表，设备关联表等基本信息，同时它还拥有间接寻址所需的绑定表格，网络协调器的具体工作就是维护无线网络的正常工作以及准确、实时的同网络中存在的其它设备建立起通信关系。路由器支持更多的网络设备接入，它能够将协调器中的数据消息发送到其它设备中。ｚｉｇＢｅｅ协议中的星型拓扑网络不需要路由器设备，而ＺｉｇＢｅｅ树型或者网格拓扑结构包含多个路由器。终端设备主要负责与监控的目标设备对象建立起连接关系，达到与其它的通信设备进行数据传输。它的存储量最少，不具备成为父节点的能力。协议设备的分类功能如表２．３所示¨…。表２．３协议设备的分类ＺｉｇＢｅｅＩＥＥＥ主要作用的设备类型ＦＦＤ或ＲＦＤ协议设备终端设备路由器主要实现监测与控制功能。用于网络内物理层的扩展，可以使更多的节点加入网络ＦＦＤ中，同时也可以提供监测和控制作用。一个网络只存在一个协调器，主要用于组网，分配网络协调器ＦＦＤ地址空间，存储绑定表。由表２．３可以看出全功能设备可作为网络协调器、路由器和终端设备使用，而半功能设备仅仅能够用作终端设备使用。本文中的仓储系统空间范围广，因此需要选择网络型结构才能满足空间要求，仓库中整体布局如图２．７所示。现以一个仓库为例，仓库的监控中心设置在货物的入口处，里面用串口将一台ＰＣ机和一个协调器相连接，这样其它的终端节点设备都可以将采集到各类信息直接或问接的送到仓储系统的协调器中，最后通过串口传输到上位机中进行存储和查看。当仓储中发生任何突发事件时，上位机都可以及时接收信息，通知管理人员迅速采取措施，同时上位机也可以把命令通过协调器发送到目标终端节点上。１２第２章系统相关理论技术图２．７仓库网络布局２．２．２ＺｉｇＢｅｅ的网络拓扑结构１．网络拓扑结构分类每个独立的ＺｉｇＢｅｅ节点的功能作用有一定的差异，因此每个新建立的无线网络需要具备一个特有的网络号标识符，在这里我们又称ＰＡＮ标识符，ＰＡＮ标识符能够比较容易的进行无线网络节点设备之间的数据传输，并且它通常采用的短地址码为１６位，这样便可以自动的激活设备间的通信功能。下面将简单的介绍星状网络，树状网络以及网状网络三种结构，三种网络拓扑结构具有一个共同的特点，就是网络中只需要一个网络协调器，它的作用是对无线网络进行综合管理，三种无线网络拓扑结构如图２．８所示。星状拓扑网络，这里的节点设备只允许同网络协调器相互通信，终端节点问的无线传输是不被允许的。因此在星型拓扑网络中，两个终端设备想要实现相互通信，必须通过协调器中介作用，才能将各自的数据信息包发送给另一方。树状拓扑网络，这里包括一个网络协调器，以及几个星状网络结构以其相连接构成，树状网络覆盖范围比较大，可以容纳大量的网络子节点，因此适合于范围较大的环境中，如仓储系统的管理与维护，停车场的智能监控管理等。树状网络结构中的协调器和路由器采用电源持续供电，而终端节点设备受到周围环境因素的条件限制，在这里我们使用电池供电。网状拓扑结构，它是以树状网络为基础上构建的，它突出的特点是能够支持拥有路由功能的网络节点设备直接进行连接通信，网络中的节点采用多跳方式进行数据间的转发，它的优点是组网更灵活，网络更加健壮，可靠性更强，网状拓扑结构的缺点是所需的存储空问耗费过大口¨。建立无线网络的前提就是选择一个合理的网络拓扑结构，因为树状网络拓扑结构可以在大范围的应用环境中适用，可以容纳的网络子节点数量更多，最大传输距离较大，所以本系统采用树状拓扑结构进行仓储管理系统的设计。哈尔滨工程火学硕士学位论文图２．８ＺｉｇＢｅｅ网络拓扑结构图２．网络构建在ｚｉｇＢｅｅ中设备的最大数量由网络允许情况决定，ＺｉｇＢｅｅ网络设备中必须包括１个网络协调器，一定数量的路由器以及大批的终端节点设备。在自动组网过程中ｚｉｇＢｅｅ无线网络协调器是这个网络的发起者，它的网络深度为０，它下面的子节点网络深度为１，再向下一级设备网络深度增加１，网络最大负载量由网络最大深度与每一个路由器允许的最大子设备数量决定。例如图２．９中节点设备８（Ｎｏｄｅ８）的网络深度（Ｄｅｐｔｈ）为１，节点９的网络深度为２，节点３的网络深度也同样为２。图２．９网络深度显示意图最大数量的子节点数是指允许连接到父节点设备的最大的设备数量，在这里网络协调器可与路由节点、终端节点进行连接通信；路由节点也可与路由节点、网络协调器以及终端节点相连接；终端节点同样可以与协调器、路由节点相连接；但是终端节点不能与终端节点直接相连接进行通倒２２１。１４第２章系统相关理论技术２．３数据融合技术２．３．１无线传感器网络中数据融合的特点数据融合技术是一种信息处理和信息汇聚综合技术，这种技术是将各个传感器节点设备采集到的信息在有限空间，及网内设备中处理，在无线网络中，存在大量的信息，我们将其分为有用信息和初始信息，无线传感器网络利用数据融合处理技术将初始的信息进行组合、加工、处理，去除掉冗余的数据信息和无效的数据信息，这样便产生了有用信息，最后将此信息传给用户，这样提高了传输数据的速率，降低了能量损耗，数据信息的精准性也被提高了。图２．１０是无线网络中的数据融合图示。’冗：余信息互补信息图２．１０多传感器融合因此可见数据融合技术在无线传感器网络中起到了非常重要的的作用，在这里将重要的作用效果分成以下３个方面：１．增强网络通讯质量本工程设计应用数据融合技术，既减少了网络中传输的信息量，又降低了设备传输信息时的冲突碰撞概率，从而缩短了网络传输延迟，增强了有效信息的通讯质量。２．提高有效数据信息的准确性单个设备采集到的信息在一定程度上具有不稳定性、不可靠性，因此需要对大量设备采集的数据进行数据分析、综合，最终能够提高采集信息的准确性。３．降低网络传输功耗多传感器设备无线通信时所消耗的能量非常大，而处理器在处理数据时所消耗的能量相对较少；因此虽然设备的计算量、存储量增大了数据融合的工作量，与此同时却极大减少了无线网络传播中的信息输出量，这样会降低整个网络的功耗。２．３．２数据融合在无线传感器网络中的应用数据融合技术应用到无线传感器网络中的实质就是将从节点设备上采集到的大量数据信息传输进汇聚设备中，然后进行网内“多入单出”的数据融合处理方式。在仓储环境中，安置在货物上的终端设备把采集到的温湿度，偏移量信息发送到路由器，在路由器里将各种收到的信息数据和其本身采集到的信息进行数据融合，最终融合成有效的数据信息，经由协调器转送到上位机中存储。无线网络体系结构图如图２．１１所示。哈尔滨工程大学硕士学位论文Ｚｉ邙ｅｅ终端模块＜、、涉传感器模块图２．１１无线传感器网络体系结构图该融合方法能够大幅度的提高无线传感网络的传输效率，从整体效率上减少数据信息的传输量，这样可以极大地降低设备的能耗，进一步的提高了信息采集精度，对无线信道的利用率也增强了，同时无线网络的生命周期被延长，这样便能够得到更加准确的仓储信息数据。２．３．３数据融合方法的分析与比较１．数据融合的典型方法到目前为止数据融合技术没有在无线传输网络中单独的形成整体的、有效地理论体系，也没有特别高效的数据融合算法，但是数据融合方法在许多的应用领域环境中被提出，并且也在众多的具体应用背景下被使用，也逐渐形成了一些常用的数据融合方法，例如加权平均法、人工神经网络法、贝叶斯估计法、卡尔曼滤波法、多传感器加权融合算法、基于多目标的分批估计融合、集中式数据融合算法、统计决策理论方法、模糊推理方法等。２．数据融合方法的区别与比较多传感器无线传输网络中的数据融合涉及大量的理论与技术，下表２．４是对现有的几种常见融合算法的功能作用进行了分类比较和归纳口３１。这些融合方法都有各自的优缺点，并且融合方法的正确选择是需要根据系统中具体的测量环境和对象而确定的，因此在不同的应用领域中，我们应该尽量选择最适应当前系统的应用融合算法。第２章系统相关理论技术融合方法加权平均证据推理神经元网络统计决策理论运行环境动态信息类型冗余冗余互补信息表示原始数据命题神经输入概率分布概率分布不确定性融合技术加权平均逻辑推理适用范围低层数据融合高层数据融合低／高层高层数据融合低层数据融合高层数据融合高层数据融合高层数据融合静态动／静态静态动态冗余互补冗余冗余学习误差神经网络极值决策高斯噪声高斯噪声卡尔曼滤波模糊推理贝叶斯估计系统模犁滤波逻辑推理贝叶斯估计静态动态冗余互补冗余冗余命题概率分布概率分布隶属度高斯噪声白适应加权动／静态置信因子加权推理２．４本章小结本章主要对ＺｉｇＢｅｅ技术作出了详细的介绍，并且通过对多种无线通信技术进行分析比较，得出选用ＺｉｇＢｅｅ的作为开发本项目技术的优势和合理性，然后对ＺｉｇＢｅｅ协议各层的功能特点作具体的详解，接下来对ＺｉｇＢｅｅ设备组成的网络拓扑结构、网络中的节点类型以及主要的设备节点分别进行了深入剖析，这对后面深入研究无线网络的组建提供了确定方向和先验条件，最后给出了数据融合技术的具体定义，并进一步阐述了数据融合在无线网络中起到的作用，并在此基础上对应用在无线网络中常用的几种数据融合方法进行了分类比较。哈尔滨工程大学硕士学位论文第３章智能仓储管理系统总体方案设计３．１引言在前面的两个章节中，我们较详细的介绍了有关技术的相关理论，这样为后面的系统开发提供大量的参考价值和理论知识。因此在本章中将给出系统的总体设计方案以及各子系统模块的设计思路，这样为后面系统的功能、性能的开发提供了有利的、充实的条件和基础。本文是在某大型粮仓中引入ｚｉｇｂｅｅ技术，并且利用Ｚｉ曲ｅｅ设备具有网络容量大、能耗低等特点，运用ｚｉ曲ｅｅ设备构建了无线传感网络。因而在本章节中我们将主要围绕该仓储系统的整体方案做具体的讲述，首先我们将给出仓储系统能够实现的基本功能，在此基础上会对系统的需求以及技术要求作进一步的阐述，接下来重点将系统的总体构架以及设计方案做详细的叙述，最后对系统中几个子模块功能的设计原理给出一定的阐述。３．２智能仓储管理系统的基本功能在仓储系统中，由于受到各方面条件的限制，我们需要将有线和无线相结合的方式运用到本系统中的数据采集以及信息传输等方面，况且在本文设计的粮食仓储内不允许出现电火花，因此电线的使用更加受到限制，ｚｉｇＢｅｅ节点正是采用电池供电，并且在节能的条件下可以持续使用一年左右，因此在这里我们是将ＺｉｇＢｅｅ技术应用到智能仓储管理系统中，因为在仓储内温湿度数据采集中，采用基于ｚｉｇＢｅｅ技术能够克服单纯采用有线传感网络的局限性，以便于去构建成本更低、功耗更低的的无线网络，也同样利用了ｚｉｇＢｅｅ的优势与特点组建了无线传感网络设备，本课题设计的仓储系统即提高了系统信息流的实时性，可靠性，又能够准确掌控系统中各个模块的作业状况。智能仓储管理系统具体实现的功能如下：１．仓库内温度、湿度等信息的采集：无线网络组建成功以后，网络中终端节点设备上的温湿度传感器实时将仓库内货物上以及周围空气的温湿度采集，并同时将数据信息传输至路由器，最后通过网络协调器发送到上位机中，并存储到数据库中，如果采集到的温湿度大于存储中设置好的固定值，通过节点设备上的指示灯可以及时报警通知管理人员处理。２．货物移动与偏移报警：通过无线传感器网络中的终端节点上的加速度传感器监测货物的偏移程度，然后通过串口ＲＳ２３２上传至上位机并保存到数据库中，当采集到的数据与设定好的定值有过大的偏差时，能够报警给上位机，库员及时采取措施查看情况。３．货物入库与出库管理：通过对货物上的ＺｉｇＢｅｅ终端设备上信息的获取，在入库第３章智能仓储管理系统总体方案设计时能够将货品数量，入库时间，订单信息等上传至控制室中，在出库时，上位机中数据可以对物品信息进行核实，以确定发货的数量、品种，核对是否与其发货单一致，经过确认准确后，才可以批准入出货操作。４．物业实时监控管理：本系统对仓储外货物的进出，仓储内物品的状态信息进行全过程的临控，因此在临控软件方面具体应包括：监控终端视频界面的构建，数据库的建立与连接，ＭＳＣｏｍｍ控件进行串口通讯的使用，数据库访问活动对象ＡＤＯ使用和报警系统的实现。５．数据库系统管理：在智能仓储管理系统运行过程中能够产生大量的采集传输数据，如温度值、湿度值、货物量信息、物品定位信息、偏移量等，如何将这些数据实时的采集并保管起来对于本系统是十分重要的工作。本系统通过数据库管理系统对数据库进行行之有效管理，可以方便的对仓储系统中上传的的数据、信息进行输入、保存、查询，通过对数据的重新定义也可以对数据进行查找、增加、更新、删除等一系列操作。３．３智能仓储系统的需求分析系统的需求分析是设计中首要考虑的问题，只有系统的功能和性能满足客户的基本要求，能够符合课题设计的理念，才能够达到设计的规定指标，这样可以替代人工控制的管理系统，可以极大的提高仓储的实时监测行、可靠性、准确性，因此我们提出以下的性能需求。３．３．１系统的性能分析１．准确性：无线传感器网络中终端节点实时的、高效的、准确的采集仓储中货物的温湿度、位移量信息，监控系统可以准确、及时的显示上传的各种信息。２．实时性：通过网络协调器把数据、信息、报警实时的传送到仓储监控室，人员可以通过监视器对仓储内货物的基本状况进行实时监控。３．网络容量性：一个ｚｉｇＢｅｅ组成的无线网络能够包括２５５个网络节点，如果通过网络协调器，整个网络就可以容纳６５０００个ＺｉｇＢｅｅ网络节点设备。４．安全性能：在ＺｉｇＢｅｅ技术中，采用对称密钥的安全机制，密钥由网络层和应用层根据实际应用需要生成，并对其进行管理、存储、传送和更新等。５．鲁棒性：无线网络中，针对节点设备存在的能量有限、可靠性较差以及测量相关数据时出现误差等缺点，系统中应用的算法应该具备容错性和白适应性等特点。６．通信距离性：中心节点与传感器终端节点间的无线通信距离长度在１０～１００米间。７．成本价格：传统的ＰＣ机价格通常在数千元左右，而无线网络中的传感器节点价格只是其价格的十分之一，甚至可能更低。这样就能够满足许多需要大量数量节点的场合和环境。１９哈尔浜工程大学硕士学位论文３．３．２系统实现的技术要求智能仓储管理系统具体实现的技术要求有区别于人工仓储系统，因此根据其具有的特点、复杂性，将其基本要求归纳如下：１．节能问题：在本系统中供电问题成为首要解决的问题，与传统的有线网络相比较，无线自组织网络的突出特点就是系统中的节点设备消耗的功率极大地减少了，并且在无线传感器网络中，我们在系统中采用多跳技术将两个较近的节点所使用的电池寿命极大的延长了。我们选用的ＺｉｇＢｅｅ无线传感器上的电池寿命平均在６个月左右，极大的体现其能耗低，节能的优势。２．系统的抗干扰性：为了提高系统中信息传输的准确性，连续性，仓储系统中采用了软件设计和系统硬件设计两方面设计来解决系统的抗干扰问题，这样保证通信系统能够实时、不问断的传输数据。３．实时性能：本系统主要依赖于节点设备间的信息交换和协调，由节点自行完成数据传输。不会出现集中式采集数据过渡频繁而过早地消耗完节点电能，导致整个网络之间信息交流中断的问题。本系统通过上位机监控软件进行信息的实时采集，由此可见，本系统能够实现实时定位货物，完成仓储内各类数据信息的采集传输。３．４系统整体架构与设计方法３．４．１系统的总体结构根据前文对系统功能与性能的分析，可知本系统构成的无线网络主要包括监控上位机、网络协调器和大量的传感器节点设备等。ｚｉｇＢｅｅ网络协调器通过发送超帧使各ＺｉｇＢｅｅ设备与它同步，并使ＺｉｇＢｅｅ设备周期性地进入低功耗状态，以达到节电目的。仓储中需要采集的数据和需要监控点较多，需要的网络覆盖面较大，因此需要将传感器节点放置在仓储中需求检测的地方，主要负责对数据进行检测和采集，然后通过无线射频信号进行发射，中心节点通过无线网络接收终端节点发出数据信号，再通过串口输送到上位机中，监控中心置于仓储监控室内，主要的责任是对数据进行查看和存储。本系统的总体结构图如图３．１所示。本系统设计的智能仓储管理系统一方面增强了系统中数据信息传输的可靠性，高效性，另一方面可以对货物的入库、出库进行准确定位，这样能够减少人工的失误操作，进一步对仓储内的货物进行准确的无线数据信息采集和分区盘点管理，库存数据信息的动态更新等。２０第３章智能仓储管理系统总体方案设计图３．１智能仓储管理系统架构图３．４．２系统的设计方法基于ＺｉｇＢｅｅ的智能仓储管理系统能够实时读取仓库内的货物温湿度，库存货物量，等多种传感器数据，并能够准确控制货物的入库和出库，智能仓储系统可以采集并且分析处理传感器采集到的信息和数据，以便用来及时采取相关手段将突发的事件进行报警和处理，更加高效的、准确的对货物进行无线采集信息和管理，这样一方面克服了有线传输的布线繁琐等缺点，一方面又可以展现无线网络的稳定可靠、可维护性好、低成本、低功耗等优点，而且与常见的几种无线网络对比起来，它的特点是网络容量更大、生存周期更长以及节点的成本更低等，另一方面基于ｚｉｇＢｅｅ的无线网络的自组织性、自愈能力较强，不需要人工进行干预，无线网络中的节点可以自动的寻找网络中存在的其他相关节点，以确建立连接关系，最后构成具有结构化形式的网络，当无线网络中需要增减节点设备时，节点的原始位置就会相应的进行变动，这时网络也能够自动的进行修复，在无需人工参与的情况下对网络拓扑结构进行适当的调整，以能够保证系统稳定工作。基于ＺｉｇＢｅｅ无线网络的智能仓储管理系统其目的是提高货物管理的效率，减少数据在传输中的丢失率和误码率，通过采用传感器技术和建立ｚｉｇＢｅｅ网络，仓储系统能够转向稳定的运行机制、成本投入更低、远程控制更准确、性能更可靠的智能管理系统，哈尔滨工程大学硕士学位论文为更多的实现网络化、自动化控制、简单化提供优良的技术设备。仓储管理系统信息传输如３．２图所示，该仓储系统在实现对货物进行高效、实时、准确的管理基础上，能够在其它环节如信息处理，实时查询等提供如下功能：１．提供了对仓储内的不同货物的状态信息和数据采集控制选择功能；２．提供操作方便、功能性强的数据实时查询功能；３．提供上位机监控、数据显示、数据保存以及参数设置等一系列功能。图３．２仓储系统信息传输图基于ＺｉｇＢｅｅ智能仓储管理系统主要由数据实时采集系统、货物准确定位系统、数据通信、处理分析系统和上位机实时监控系统等子系统组成。在数据的传输量少、设备的成本低等条件下，该仓储系统通过放置在货物上的各类传感器去采集室内、物品进出的状态信息，通过无线网络传输到路由器后，再通过中心节点将各类信息处理，合并，融合，优化最终输入到上位机的数据库中进行保存，调用，同时监控中心也能够向协调器进行指令发送，协调器接收到命令后再通过中心节点将此命令发送到终端目标设备，终端采集设备能够响应操作命令然后执行动作。３．５系统的功能模块设计本文设计的粮仓管理系统货物数量大，并且每间仓库内储存的货物种类、室内温度和湿度、数量差异较大，因此在每间仓库中节点携带温度、湿度传感器，采集室内环境的信息，用来组成数据帧，并以无线电波的形式经由协调器发送到管理中心，这样可以预报火灾和物品发霉等一系列事件，而且仓储系统的设计由于受到环境条件和成本问题的约束，常常需要使用有线与无线相结合的方式进行数据信息的传输，而正是ＺｉｇＢｅｅ技术的优势特点即数据传输格式简单、数据传输量少、电池供电时间长等才能特别适用于本系统的开发，现场的传感器设备能够以无线传感器节点的形式特点自动组网，这样第３章智能仓储管理系统总体方案设计能够统一大部分的数据信号格式，并能省去大量的布线工作。因此本文将智能仓储管理系统分成以下五大模块，结构图如图３．３所示。图３．３系统整体模块３．５．１仓储内实时数据采集模块系统智能仓储管理系统中的实时数据采集模块主要由ＳＨＴｌ５温、湿度传感器、ＭＭＡ７２６０三轴加速度传感器等组成，数据采集模块框图如图３．４所示。这个系统的主要实现功能和目的是实时采集仓储内区域各个传感器数据信息，并将从传感器采集到的模拟信号量转换成中心节点可以处理的数字信号，完成后等待命令发送数据信息，这样为系统中提供了能够决策和处理所必需的原始数据信息，接下来通过ｚｉｇＢｅｅ无线传感器网络把收到的数据发送到上级模块。因此，它是仓储管理系统中的重要环节，这是因６为传感器采集获得信息是否准确，直接影响到整个系统的性能，假如传感器采集信息的误差较大，那么就算在后面的各模块精确度再高也都是无用的，所以需要正确的选用各类传感器。在这部分中网络协调器在收到请求后需要依次对每个和自己关联的终端节点发出唤醒信号，而节点只有被唤醒后才能将仓储中采集到的现场数据发送给中心节点，当中心节点收集到这一段时问所有终端节点的发送的信息后，经过网络层的数据处理操作，提出冗余信息和错误信息，统一上传到数据控制中心，这样在节省功耗的同时，既可以避免数据消息碰撞，减少了信息的传输次数，又可以增大设备的网络容量。２３哈尔滨工程大学硕士学位论文ｌ一…．．．一一一一…一一一一一一．．．十区域区域图３．４数据采集模块框图３．５．２货物准确出入库模块系统本系统主要将大量的终端设备节点安置在仓库进出货物上，货物流通如图３．５所示。货物入库系统货物出库系统图３．５货物流通示意图这样当货物靠近仓库准备入库时，ＺｉｇＢｅｅ终端节点上的信息能够通过节点自动组建的无线网络上传至上位机显示，同时将货物的名称、类型、数量、入库时间、生产日期以及生产厂家等基本信息存储在数据库中，上位机根据仓库内的空余位置为物品自动分配位置放置，并通过移动节点ＣＣ２４３１芯片将货物准确定位，因此这样可以省去大量的人工手动分配，具体流程图如图３．６所示。同样在货物出库时类似入库的情况，根据出库物品上安置的终端节点向上位机输送信息，上位机根据数据库中记录的信息判断出库的货物是否正确，确认无误后，记录出库货物的各类信息，如物品出库日期、数量以及品种并进一步确定其它产品的摆放位置后才可以允许货物出库，流程图如图３．７所示。２４第３章智能仓储管理系统总体方案设计图３．６货物入库流程图图３．７货物出库流程图２５哈尔滨工程大学硕士学位论文３．５．３数据通信、处理与分析模块系统在本系统的设计中，数据通信模块主要由两大部分组成，第一部分是终端节点采集的数据传输到网络协调器即中心控制节点，第二部分是数据由中心节点传输到监控中心数据库中存储。因此数据通信模块需要采用两种不相同的通信方式：第一种采用的是基于Ｚｉ妒ｅｅ技术的无线通信网络，另一种是采用串口方式上传。因此在设计该模块时，我们也将按照各部分所完成功能的不同将此系统分为以下几大部分。功能框图如图３．８所示。图３．８通信分类框图在仓储管理系统中，由于底层ＺｉｇＢｅｅ无线传感网络节点非常丰富，需要将传感器采集的温度、湿度、偏移量、货物定位信息等进行处理，所以数据处理模块承担着网络协调器的数据处理作用，而且由于多个无线传感网络采集不同的数据量传送到网络协调器，数据处理模块需要对不同数据进行加工、处理、分类和打包，然后根据不同的信息类型、分类的不同，对数据信息进行分析计算，融合处理合并，同时通过数据处理模块上的网络接口把提取有效信息数据通过串口通信接口传输到豁控机上。整个模块设计的思想是希望能够将底层的无线传感网络与上位机进行通信连接，实现仓储内物品整体的无线监控与管理。３．６本章小结本章对智能仓储系统的设计与开发进行了详细的阐述，首先简单介绍了仓储系统能够实现的基本功能，并给出了智能仓储系统功能和性能的需求分析，讨论了系统的工作原理，提出了本系统需要实现的重点技术要求，并给出了系统的具体工作流程，然后在此基础上具体阐述了系统的总体架构和总体设计，指出了系统总体结构的相关功能和任务，接下来重点介绍了智能仓储系统中各个子模块的组成和实现的功能。为后续的软件硬件开发，功能的实现打下了基础。第４章智能仓储管理系统的硬件设计与软件开发第４章智能仓储管理系统的硬件设计与软件开发前面的章节中对仓储管理系统的整体结构进行了设计，系统主要包括上位机监控中心，ＺｉｇＢｅｅ协调器，以及仓储现场实现信息采集功能的各类节点。在此基础上本章从硬件设计、软件开发以及上位机监控界面设计三个方面对系统进行具体的设计和实现。４．１系统设计中需要注意的问题１．阻抗匹配问题。ＣＣ２４３０芯片中射频信号输出的电路部分要求５０Ｑ的阻抗匹配，只有符合匹配要求时，才能使信号反射不发生在信号传输中间，这样使得到达天线发生反射的信号最强。阻抗匹配反映了电路中输出和输入问的功率关系，只有当电路设计时能够实现阻抗的匹配，才能够得到最大的输送功率，同时阻抗匹配也是为了保证能量在传输中损耗达到最小，要说明的是电子电路中信号的传输功率较弱，因此适合于阻抗匹配的应用，这样可以提高信号的输出功率，阻抗匹配一般不应用在电工电路中，否则会使输出的电流过大，造成电器元件的损坏。２．传感器使用。经过长时间的使用后，传感器会变得互换性和稳定性较差。把传感器置于大气环境下，我们会发现不同的传感器在受到同等条件下的外界环境影响下呈现不一样的灵敏度，因此为了能够准确评价各类传感器的质量，需要重点研究传感器的年变化误差，另外数字信号也随着微控制器技术的发展应用到信号的处理环境中，因此温湿度信号的模数转换成为技术实现的关键，同时在传感器中还加人了～Ｄ转换电路以及各类信号检测和放大电路，这样造成电路的设计与实现更加复杂，同时标定与校准耗费的时间更长“…。３．射频天线设计。天线在设计过程中经常需要考虑它的输出功率、工作频率、耐用性、方向性以及空间限制等方面问题。在输出方向上可以把天线分为全向与定向天线，仓储中的传感器节点较多，并且无法预测它周围节点的分布，因此在设计中通常需要选择全向天线。根据尺寸、价格等参数可以将射频天线分为贴片天线，ＰＣＢ环形天线和鞭状天线，无线网络中只需要一个网络协调器，而且要求它有良好的收发功能，因此一般采用性能较好，价格较高的鞭状天线，而终端节点的体积小，数量大，故通常选择贴片天线，它的特点是天线的尺寸小，能量的耗损降低并且成本价格适中。各种形状的天线都可以在水平面上实现全向收发，都可以考虑使用，只是在体积上有所区别¨“。４．电路板的设计。射频模块通常工作在２．４ＧＨｚ～２．４８３５ＧＨｚ的高频段，因此在设计电路板时对我们提出了很高的要求口…。首先对于噪声产生的抑制以及串扰等高频设计中常见的问题，本系统中采用了双层ＰｃＢ设计方案，顶层布设信号线，底层布设电源和地线，另外在主芯片ＣＣ２４３０的底部通过打接地过孔，使得ｃＣ２４２０芯片的底部在焊接２７哈尔滨工程大学硕士学位论文时能够与底部的焊盘焊接起来，这样连接紧密后便可以减少噪声干扰，保证高频信号高效的传输。电路板中的布线应该尽可能的短，这样可以保证外围器件的布置尽量靠近主芯片，且元器件之间的连线较短，另外尽量减少电路板中的过孑Ｌ数目，这样可以减轻相互之间的电磁性干扰以及分布参数的影响。４．２系统的硬件设计４．２．１无线收发与射频模块设计１．ｚｉｇＢｅｅ芯片比较与选型本文设计的开发硬件平台主要由ＭＣｕ＋ＲＦ收发器构成，目前主要的ｚｉｇＢｅｅ技术解决方案有以下三种方式：（１）ＺｉｇＢｅｅＲＦ＋指定ＭＣＵ：ＭＣＵ：ＦｒｅｅｓｃａｌｅＧＴ６０，ＡｔＩｌｌｅｌＭｅｇａｌ２８；ＴｌＭＳＰ４３０ＲＦ：Ｆｒｅｅｓｃａｌｅｌ３１９２，ＣｈｉＰＣｏｎＣＣ２４２０；ＥｍｂｅｒＥＭ２４０（２）单芯片集成ＳｏＣ：如Ｃｃ２４３０／Ｃｃ２４３１（增强８０５１．８位），ＭＣｌ３２１３（ＨＣＳ０８．８位），ＭＣｌ３２２４（ＡＩ洲７．３２位），ＥＭ２５０（ＸＡＰ２ｂ一１６位）（３）ｚｉ邸ｅｅ协议栈内置于单芯片中＋通用Ｍｃｕ：如ｃＣ２４８０，ＥＭ２６０２．无线收发主芯片ＣＣ２４３０Ｃ２４３０是一颗真正的系统芯片ＣＭＯＳ解决方案，ＣＣ２４３０有一个内部系统时钟，系统时钟源既可以是１６ＭＨｚＲＣ振荡器也可以是３２ＭＨｚ晶体振荡器。３２ＭＨｚ时钟驱动看门狗定时器和睡眠定位器，并当计算睡眠时间时，作为ＭＡＣ定位器的闸门。应用ＲＦ收发器时，必须选择３２ＭＨｚ晶振，确保其稳定性。因此，根据需要在匹配电路中设计了两个晶体振荡电路，片上稳压器提供全部１．８ｖ电源，供应引脚和内部电源。电容Ｃ１、Ｃ１０来稳定它的运行口”。ＣＣ２４３０芯片的主要特点如下：①具有非常强的抗干扰性以及精准的信号接收灵敏度；②对ＲＳＳＩ／ＬＱＩ进行数字化的支持，还具有强大的ＤＭＡ功能；③高性能和低功耗的８０５１微控制器内核，所需的外围电路较少，同时开发工具非常的强大和灵活；④１个高精度的定位跟踪引擎被集成在片内，同时能够对温度进行感测和监测电池使用量；⑤硬件支持ＣＳＭ～ＣＡ功能，较宽的电压范围（２．０～３．６ｖ）；⑥ｚｉｇＢｅｅ与８０２．１５．４具有全兼容的物理层和硬件层。３．射频模块电路设计２８第４章智能仓储管理系统的便件设计与软件开发兀线通信模块是由控制：占片ＣＣ２４３０及棚关外围部分电路组成，ＣＣ２４３０内部集成了８０５１内核与射频收发模块，因此设计中实现信号的收发功能只需天线、晶振等少量的外围电路便可实现。射频模块电路原理图如图４．１所示，电路图中将ＣＣ２４３０芯片的引脚全部引出，这样可以扩展功能模块。射频模块的实物图和ＰＣＢ图分别如图４．２和图４．３所示。了图４．１射频模块电路原理图图４．２射频模块实物图图４．３射频模块ＰＣＢ图哈尔滨工程大学硕士学位论文４．２．２数据采集模块设计数据采集模块部分主要包括有各类传感器的选择以及硬件电路的详细设计。本系统主要用来采集仓储内物品的的温度，湿度和货物偏移量等信息。本系统选用了ｓＨＴｌ５温湿度传感器测量仓储内货物的温度和湿度，ＭＭＡ７２６０ｉ轴加速度传感器用来检测仓储内物品的位置偏移和移动距离。１．温湿度测量传感器ＳＨＴｌ５仓库内的温度、湿度变化是比较缓慢的，并且对货物的影响比较敏感，因此选择的传感器应具有长期稳定性好，电路设计简单、校准和标定的时间短等特点，而且在符合实际的应用要求以及测量精度较高的情况下，本系统选用ｓＨＴｌ５温湿度传感器。ＳＨＴｌ５传感器芯片的大小大约是几平方毫米，它的内部集成了温敏和湿敏元件、校准数据存储器、信号放大电路、模数转换电路以及１２Ｃ总线等，ＳＨＴｌ５传感器校准后的精度较高，ＳＨＴｌ５内部包括校准后的温度和相对湿度传感器，并且可以连接～Ｄ转换器，ＳＨＴｌ５的温度分辨率最高可达０．０１℃，湿度分辨率可达Ｏ．０３％ＲＨ。它的温湿度性能参数分别如表４．１和表４．２所剥２８１。ｓＨＴｌ５传感器的温度精度以及相对湿度的绝对精度分别如图４．４和图４．５所示。表４．１ＳＨＴｌ５湿度性能参数参数分辨率８１２土０．１０１００士３＜＜１１２条件ＭｉｎＯ．５聊０．０３Ｍａｘ０．０３单位％ＲＨＢｉｔ％ＲＨ重复性量程范围％Ｉｍ原始数据非线性度线性化ｌ／ｅ（６３％），２５℃，６％Ｉｍ％ＲＨ响应时间迟滞８１０Ｓ１１１１／ｓ空气土１％Ｉｍ％Ｉ己Ｈ／ｙｒ长期稳定性典型值＜Ｏ．５％图４．４相对湿度绝对精度第４章智能仓储管理系统的硬件设计与软件开发表４．２ＳＨＴｌ５温度性能参数参数条件Ｍｉｎ０．０４聊０．０１Ｍａ）（０．０１单位℃ｏＦＢｉｔ℃下分辨率０．０７１２０．０２１４士０．１０．０２１４重复性土０．２．４０１２３．８２５４．９３０℃下Ｓ量程范围－４０相应时间１／ｅ（６３％）５图４．５温度精度如图４．６所示为控制器ＣＣ２４３０与ＳＨＴｌ５的连接示意图，图中ＳＨＴｌ５的的串行接口在电源损耗方面和传感器读取信号方面都做了适当的处理，并且在设计中采用类１２Ｃ总线的方式。ＤＡｌ队三态门的作用是读取采集数据，它能够在ＳＣＫ时钟处在下降沿时发生状态改变，如果ＳＣＫ时钟达到上升沿，ＤＡｌＡ三态门立即有效。ＳＣＫ的作用是实现ＣＣ２４３０与ＳＨＴｌ５之间的同步通讯，在数据信息的传输过程中，当ＳＣＫ时钟保持在高电平时，这时ＤＡＴＡ数据线维持稳定状态。另外上拉电阻需要在ＤＡＴＡ端接入，去耦电容需要在Ｖｃｃ与地线间接入拉９１。ＳＨＴｌ５传感器的供电电压为２．４～５．５ｖ。ＶＣＣ图４．６ＳＨＴｌ５与ＣＣ２４３０接口电路图哈尔滨工程大学硕士学位论文２．ＭＭＡ７２６０三轴加速度传感器三轴加速度传感器是一种可以对物体运动过程中加速度进行测量的电子设备，也可以用来对物体的姿态或者运动方向进行检测，本模块选择性价比比较高的微型电容式三轴加速度传感器ＭＭＡ７２６０芯片，引脚尺寸如图４．７所示，它具有灵敏度可选、低功耗、高稳定性等特点，特别适用于倾角检测、跌落检测、移动检测、防盗检测等场合环境。本系统中选用ＭＭＡ７２６０，主要是用于检测仓储中的货物被非法的移动或者自动的滑落而产生和原位置的距离偏移，当环境中发生具体情况时，通过三轴加速度传感器ＭＭＡ７２６０上的指示灯及时报警，通过协调器向上位机传送信息，工作人员及时的作出相应处理。图４．７引脚尺寸ＭＭＡ７２６０芯片采用单极低通滤波器、温度补偿以及信号调制等技术，用户可以在它提供的１．５酡鲋∥６９四种量程中选择，它在工作模式时为５００ｕＡ，休眠模式的功耗为３ｕＡ，直接向芯片供电的电压为３．３Ｖ，通过板子背面稳压器供电的电压为５Ｖ。Ｘ，Ｙ，ｚ三轴加速度的输出特性为模拟量输出，灵敏度量程选择为Ｇｓｌ，ＧＳ２（ｇ—Ｓｅｌｅｃｔｌ，ｇ—Ｓｅｌｅｃｔ２），设置方法见表４．３，ＭＯＤＥ为使能设置，处于高电平时加此端口模块工作，低电平时处于休眠模式，直接向模块供电的电压为３．３Ｖ，也可通过模块背面的稳压器将５ｖ转化为３．３Ｖ向模块供电口０１。表４．３灵敏度量程设置表ｇ—Ｓｅｌｅｃｔ２Ｏｇ－Ｓｅｌｅｃｔｌ０ｇ—ＲａｎｇｅＳｅｎｓｉｔｉ、，ｉｔｙ１．５９８００ｍＶ儋６００ｍＶ／ｇＯ１２９１０４９３００ｍＶ儋１１６９２００ｍｖ／ｇ３２第４章智能仓储管理系统的硬件设计与软件开发如图４．８所示为三轴加速度传感器ＭＭＡ７２６０模块与控制器ＣＣ２４３０连接示意图，图中的电容电阻模块已经集成，控制器的Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２分别控制模块的睡眠模式与量程选择，通过模块背面的跳线电阻进行设置，本模块有两种型号，一种背面已经焊接跳线电阻，一种未焊接。ＭＭＡ７２６０模块的Ｘ，Ｙ，ｚ接至控制器的三个ＡＤ转换器引脚，进行电压采集，为避免干扰接线应尽可能短。图４．８ＭＭＡ７２６０与ＣＣ２４３０接口电路图４．２．３外围电路设计本系统包括了许多的外围辅助电路，其功能主要参与完成供电、串口通信、状态指示等辅助功能，在这里我们主要介绍的功能模块为供电电路、串口转换电路以及ＪＴＡＧ下载电路。辅助底板模块的ＰＣＢ图如图４．９所示。辅助底板模块的实物图如图４．１０所不ｏ‰◎◎◎◎◎鳓删：。围囝湎囝硒商囝黝。∥；勿钐，胥◎◎◎◎◎翻◎◎◎◎ｏ＜卜ｈ诗Ｉ¨＝．⑧广］１１Ｙ。：：：：ｏ墓乡≠７，：７＊Ｌ．ｊｒ１：：ｎｎｎ‘矿１‘：◇·：：ｌ弋６》ＵＬＺ弋ｊ◎Ｉ广．１．◎◎爱基连Ｊ…广１，◎◎ｒ巴１礴。｜如…昌ｉ。戛《》广●］Ｌ＿．—Ｊ一９器◎砂一固豳粼黼蚴＠麟三屠“∥强厅镰疳氪厅瓠庸孰厅瓠佰‰厅瓠啧郦ｌ描ｉ萱ｉ氢◇·棚庙ｒ：●斛’～～……。幽兰三…弧雾◎■：ｑ［．＝［］固图４．９辅助功能模块ＰＣＢ图哈尔滨工程大学硕士学位论文图４．１０底板功能模块图１．供电电路本系统中的供电电路部分如图４．１１所示，一种为直流电源插座供电，另一种为电池供电，后者特别适用于仓库内移动更换，直流电源模块为５Ｖ供电，电压转换芯片ＡＭＳｌｌｌ７．３．３能够将＋５Ｖ转化为＋３．３Ｖ电压，电池供电部分通常为２节ＡＡ电池供电。ｊｒ－＝ｉＧＮＤＧＮＤ图４．１１供电电路原理图２．串口转换电路本系统采用ＲＳ。２３２进行协调器与上位机的串口通信。它的工作电压范围为３Ｖ～５．５Ｖ，它的作用是实现网络协调器与上位机之间的电平转换功能，ＲＳ．２３２的特点是具有全双工的串行通信标准，并且可以同时对数据进行接收和发送，传输的距离为Ｏ．２５米，传输速率最快达到３８．４ｋｂｐｓ，本系统采用ＳＩＰＥｘ公司生产的ｓＰ３２２３ＥＥＹ转换电路芯片。串口转换电路如图４．１２所示。图４．１２串口转换电路原理图第４章智能仓储管理系统的硬件设计与软件开发３．ＪＴＡＧ下载电路ＪＴＡＧ电路原理图如图４．１３所示，本系统中ＪＴＡＧ接口电路主要的功能是程序下载和仿真调试，主控制器只有通过ＪＴＡＧ接口才能与仿真器相连接，同时我们也是通过ＪＴＡＧ接口将程序下载到ＣＣ２４３０中，另外还可以通过ＪＴＡＧ接口向网络协调器供电，它的特点是减少了系统的连线，方便了在线仿真调试。标准的ＪＴＡＧ接口具有４条功能线：ＴＤＩ、ＴＤ０、ＴＭｓ、ＴＣＫ，分别为测试数据输入和测试数据输出，测试模式选择以及测试时钟。二ＶＤＤ３．０Ｐ５ｌ２３ＲＥＳＥＴ５７９４６Ｐ８１０图４．１３ＪＴＡＧ电路原理图４．３系统的软件设计软件设计是本系统设计的重点，本文中设计的最关键之处便是系统中控制模块和信息采集模块的设计，结合两个模块的设计特点，以及系统中要求的准确性和设计的清晰性，本章重点从这两方面着手设计，进一步把智能仓储管理系统设计的具体实现分为两个部分，第一部分需要对所有ＺｉｇＢｅｅ设备进行初始化以及组建网络，这里面包括了对网络协调器、路由器、终端设备的初始化，以及路由器通过申请网络协调器然后加入网络，终端设备申请加入网络。另一部分是当系统配置完成时，设备便进入到运行状态，终端设备可以定时接收传感器信息以及向上发送信息，路由器和网络协调器同时执行循环程序，以便接受信息、处理信息，系统也可以对突发事件实时报警，本文中全部程序在ＩＡＲ编译工具中编写，然后通过仿真器连接下载至ＺｉｇＢｅｅ设备中进行调试。４．３．１节点软件开发环境本系统中选用ＩＡＲＥｍｂｅｄｄｅｄＷｂｒｋｂｅｎｃｈ作为智能仓储管理系统的软件开发工具，这种集成开发环境非常的有效，大多数可使用的工具都可以嵌入到这个框架中，这些工具包括：高度优化的ＩＡＲＡＶＲＣ／Ｃ＋＋编译器；ＩＡＲＡＶＲ汇编器；通用ＩＡＲｘＬＩＮＫＩＡＲＬｉｌｌｌ（ｅｒ；ＸＡＲ库创建器；一个强大的编辑器；一个工程管理器以及一个具有世界先进水平的高级语言调试器ＩＡＲＣ．ＳＰＹｐ“。认Ｒ集成开发环境如图４．１４所示。ＩＡＲＥｍｂｅｄｄｅｄＷｏｒｋｂｅｎｃｈ集成开发工具一方面可以结合大多数的仿真器、调试器，这样用户就可以单纯使用一种开发环境界面，完成几种微控制器的开发和调试工作，另一方面ｎＲＳｖｓｔｅｍｓ的Ｃ／Ｃ＋＋编译器可以生成高效可靠的可执行代码，系统同时使用全哈尔滨工程大学硕士学位论文局和针对具体芯片的优化技术，而且应用程序规模越大，优化效果越明显，另外ⅥｓｕａｌＳ仉虹Ｅ和认ＲＭａｋｅＡｐｐ两套图形开发工具包含在ｎＲＳｙｓｔｅｍｓ其中，用于开发新的应用程序ｐ到。它还可以根据设计自动生成应用程序代码和自动生成驱动程序，使开发者摆脱这些耗时的任务同时保证了代码的质量。图４．１４ＩＡＲ集成开发环境４．３．２ＺｉｇＢｅｅ网络搭建原理根据前面的介绍，下面我们将对系统中节点的组网进行一定的研究，这对后面网络的通信传输奠定了基础，首先我们要明确ＺｉｇＢｅｅ的地址分配模式。１．ｚｉｇＢｅｅ的地址分配模式系统中所有的ＺｉｇＢｅｅ：设备都必须只有经过ＺｉｇＢｅｅ联盟的许可和分配后，才能拥有全球唯一的６４ｂｉｔ的ｍＥＥ设备地址，这样在子网中为了得到网内通信地址，采用分配一个１６ｂｉｔ的设备地址来实现，作用是减小传输数据报的大小，ｚｉｇＢｅｅ的地址模式可以分成以下两种形式：（１）星型结构，树型结构：它的特点是网络号与设备标识相结合，仓储管理系统，大型停车场管理系统经常采用这种分配模式。（２）点对点拓扑：主要的特点是对源地址和目的地址直接使用。第一种模式决定网络中的协调器可以与大约６４０００个设备节点相连接，如果想得到规模更大的无线网络，可以将若干个网络协调器连接起来，在逻辑上节点设备通信的频率、设备应用对数据丢失和重新传输的容纳程度以及频段的选择决定了该网络规榭３３。３４１。第４章智能仓储管理系统的硬件设计与软件开发同时为了保证网络中的设备具有自己的网络地址。ＺｉｇＢｅｅ技术运用分布式寻址方案来分配这个网络地址的，也能够确保特定的数据包定向的发送到它指定的设备，同时设备中包含的寻址算法本身特有的分布特性更能够确保子设备与它的父设备建立起通讯连接后就可以立即得到一个网络分配地址。２．网络的自动组建我们在开始进行无线网络通信设计实验之前，首先必须使整个系统可以自动组建网络，这样当节点设备加入到网络后便可以与网络协调器建立起连接，同时网络协调器还可以定时周期性的把数据发送出去，如果当设备没能接收到协调器发出的应答信号，终端节点就会自动的解除与该网络协调器之间的绑定关系，去寻找下一个新的协调器与之连接。网络组建过程的流程图如图４．１５所示。图４．１５ＺｉｇＢｅｅ网络组网流程图首先由网络协调器发起并建立Ｚ远Ｂｅｅ网络，它的任务是先进行信道的扫描，找到空闲的信道，规定树状结构的拓扑参数，设备参数设置完成后，然后是路由器节点，终端设备节点提出入网的申请，等待网络协调器的响应信号，当协调器接收到相应的入网请求后，判断收到的信息是否正确可用，如果可用便发送信号告知该终端设备，终端设备在收到响应的同时还拥有了在网络中的标示身份的唯一短地址，这样协调器通过短地哈尔滨工程大学硕士学位论文址分配，整个仓储内的设备就组成了ＺｉｇＢｅｅ树状网络。在对整个组网过程中协议栈初始化之后系统的网络就基本组建成功。将ｚｉｇＢｅｅ网络实现分成三部分：１．接收端建立无线网络；２．发送端申请加入到该网络；３．实现网络数据传输。４．３．３数据采集程序设计由于仓储中涉及到的传感器较多，本文中我们就以ＳＨＴｌ５传感器为例详细介绍它的温湿度数据采集程序设计，ｓＨＴｌ５传感器的软件流程图如图４．１６所示。初始化Ｈ采集温湿度Ｈ模拟转换Ｈ发送ｃｃ２４３０１．１发送数据上传监控终端卜ｌ硎关事故警报卜图４．１６ＳＨＴｌ５无线温湿度测量流程数据处理接收数据１．开始传输首先需要初始化传输，同时传感器发出了“开始”的命令，第一个命令主要包括当ＳＣＫ脉冲为高时，ＤＡＴＡ数据线由高电平向低电平转变，当下一个ＳＣＫ脉冲又变成高时，把ＤＡｌＡ再至高。下一个顺序命令包含了五个命令位与三个地址位，ＳＨＴｌ５能够通过ＤＡＴＡ脚的ＡＣＫ位处于低电平准确的接收命令，同时开始重新设置传感器口５｜。软件重新设置传感器：ｒｅｓｅｔｓｃｈａｒｔｈｅｓｅｎｓｏｒｂｙａｓｏＲｒｅｓｅｔｓ＿ｓｏＲｒｅｓｅｔ（Ｖｏｉｄ）｛ｕｎｓｉ印ｅｄｃｈａｒｅ啪Ｆ０；∥定义字符变量ｓ＿ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｌｌｒｅｓｅｔ（）；／／设置传感器连接ｅ玎ｏｒ＋＝ｓ＿ｗｒｉｔｅ＿ｂｙｔｅ（ＲＥＳＥＴ）；∥发送给传感器重置信号ｒｅｔｕｍ踟．ｏｒ：∥程序出错返回ｅｒｒ０·ｒ）２．连接复位时序复位时序图如图４．１７所示，当微控制器与ＳＨＴｌ５传感器的通讯连接中断时，ＳＣＫ脉冲的信号顺序能够造成串口的复位，另外如果ＤＡＴＡ长时间为高电平时，就会同样的九次触发ＳＣＫ，然后再一次将“开始”指令发出口６１。第４章智能仓储管理系统的硬件设计与软件开发ＤＡＴＡｓｃＫ风Ａ瓜风Ａ九爪图４．１７连接复位时序图生成的一个传输功能函数如下：ｖｏｉｄｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｒｅｓｅｔ（ｖｏｉｄ）｛ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒｉ；／／定义变量ＩＯ—ＤＩＲ＿ＰＯＲＴ＿ＰＩＮ（Ｏ，１，ＩＯ一０ＵＴ）；／／初始化输出管脚ＳＤＡＴＡ＝１；ＳＣＫ＝Ｏ；／／初始化状态ｆｏｒ（ｉ．０；ｉ＜９；ｉ＋＋）／／９次执行ＳＣＫ周期｛ＳＣＫ＝１；／／ＳＣＫ为高电平Ｄｅｌａｙ（１）；／／延时１秒ｆｏｒ（ｉ＝Ｏ；ｉ＜１；ｉ＋＋）；ａｓｍ（”ＮＯＰｆｔ）；ＳＣＫ＝Ｏ：／／ＳＣＫ变为低电平Ｄｅｌａｙ（１）；ｆｏｒ（ｉ－Ｏ；ｉ＜ｌ；ｉ＋＋）；ａｓｍ（”ＮＯＰＩｆ）；）ｓ＿ｔｒａｎｓｓｔａｎ（）；／／传输启动）３．温湿度测量时序ＳＨＴｌ５一旦发出温湿度测量命令，控制器就会暂时停止工作，直到测量完成。测量采用的分辨率不同，所需时间就会有所不同。当ＳＨＴｌ５数据线变低时，则表明温湿度测量完成，这时控制器继续工作，并启动ＳＣＫ，然后将１个字节的ＣＲＣ校验和２个字节的测量数据发送出去，每一个字节的确认都要求控制器来控制ＤＡｌｒＡ为低电平，采集与通信过程完成后，ＳＨＴｌ５传感器能够立即进入睡眠模式口７１。这里要求的工作频率最大为１５％，以保证ＳＨＴｌ５传感器的温升低于Ｏ．１℃。测量温湿度命令时序如图４．１８所示。主要功能模块的函数实现如下：（１）读取状态寄存器和校验位：ｒｅａｄｓｔｈｅｓｔａｔｕｓｒｅｇｉｓｔｅｒｗｉｍｃｈｅｃｋｓｕｍ（８－ｂｉｔ）ｃｈａｕｒｓ＿ｒｅａｄ－ｓｔａｔｕｓｒｅｇ（ｕｎｓｉｇｌｌｅｄｃｈａｒ术ｐ－Ｖａｌｕｅ，ｕｎｓｉｇＩｌｅｄｃｈａｒ术ｐ—ｃｈｅｃｋｓｕｍ）３９哈尔滨工程大学硕士学位论文｛ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒｅｒｒｏｒ＝Ｏ；ｓ—扛ａｎｓｓｔ甜（）；∥传输开始ｅ咖闩一ｗｒｉｔｅ－ｂｙｔｅ（ＳＴＡＴＵＳ－ＲＥＧ－Ｒ）；木ｐ－ＶａｌｕＦｓ＿－ｒｅａ∞ｙｔｅ（ＡｃＫ）；∥读状态寄存器（８位）木ｐ－ｃｈｅｃｋｓｕｍ＝ｓ—．ｒｅａｄ＿Ｊｙｔｅ（ｎｏＡＣＫ）；／／读校验位（８位）ｒｅｔｌｌｍｅｒｒｏｒ：）（２）测量湿温度和校验：ｍａｋｅｓｃｈａｒａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ（ｈｌｌｍｉｄｉｔｙ／ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ｗｉｔｈｃｈｅｃｋｓｕｍｃｈａｒ半ｐ＿ｃｈｅｃｋｓｕｍ，ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒｓ—ｍｅａｓｕｒｅ（ｕｎｓｉ印ｅｄｃｈａｒ木ｐ＿ｖａｌｕｅ，ｕｎｓｉ印ｅｄｍｏｄｅｌ｛ｕｎｓｉｇｎｅｄｅｒｒｏｒ＝０；ｕｎｓｉｇＩｌｅｄｉｎｔｉ，ｊ；∥定义变量ｓｊｒａｎｓｓｔａＩｔ（）；／／传输开始ｓｗｉｔｃｈ（ｍｏｄｅ）｛∥给传感器发送信号ｃａｓｅＴＥＭＰ：ｅ玎０Ｉｒ＋＝ｓ－＿ｗｒｉｔ９＿ｂｙｔｅ（ＭＥＡＳＵＲＥ－ＴＥＭＰ）；ｂｒｅａｋ；∥写状态寄存器ＨＵＭＩ：ｅ玎ｏｒ＋＝ｓ－ｗｒｉｔｅ－ｂｙｔｅ（ＭＥＡＳＵＲＥ—ＨＵＭＩ）；ｂｒｅａｋ；ｃａｓｅｄｅｆ．ａｕｌｔ：ｂｒｅａｋ：）ｆｏｒ（ｉ＿０；ｉ＜６５５３５；ｉ＋＋）｛Ｄｅｌａｙ（２０）；ＩＯ－＿ＤＩＲ＿－ＰＯＩＨＪＩＮ（Ｏ，１，Ｉｏ－ＩＮ）；／／初始化输入管脚ｉｆ（ＳＤＡＴＡ＝＝０）｛ｊ＝Ｏ；ｂｒｅａｋ；／／等到传感器完成测量）ｉｆ０）ｅ啪什＝１；木（ｐＪａｌｕｅ＋１）＝ｓ＿＿ｒｅａｄ』ｙｔｅ（ＡＣＫ）；∥读ＭＳＢ的第一个字节木（ｐ－ｖａｌｕｅ）＝ｓ．ｒｅａｄ—ｂｙｔｅ（ＡＣＫ）；／／读ＬＳＢ的第二个字节木ｐ－ｃｈｅｃｋｓｕｍ＝ｓ－＿ｒｅａ∞ｙｔｅ（ｎｏＡＣＫ）；／／读校验ｒｅｔｌｌｍｅｒｒｏｒ；）第４章智能仓储管理系统的硬件设计与软件开发图４．１８ＳＨＴｌ５测量温湿度命令时序图４．３．４网络协调器软件设计网络协调器是整个仓储管理系统的控制中心，路由节点和终端节点都是通过它与上位机之间进行数据信息传送的。网络协调器上电后，首先进行硬件和协议栈的初始化，紧接着是能量的检测，信道的选择，这样便可以启动协调器，终端设备在进行完初始化之后就可以向协调器传输的它采集的温湿度值等信息，协调器接收到数据后，判断数据信息的可用性，运用融合技术剔除掉冗余信息、错误信息后就根据命令要求将上位机对各节点的配置数据进行配置，然后将节点的各类信息打包、压缩通过串口上传给上位机进行保存和显示，协调器本身随后进入睡眠状态。另外监控终端也可以定时唤醒协调器，并通过它将指令传送到指定节点，网络协调器工作的程序流程图如图４．１９所示。图４．１９协调器程序流程图４１哈尔溟工程大学硕士学位论文主要功能函数的实现：（１）数据处理函数：ＬｏｃＤｏｎｇｌｅ—ＰｒｏｃｅｓｓＭＳＧＣｍｄ（ａｆＩｎｃｏｍｉｎｇＭＳＧＰａｃｋｅｔ＿ｔ木ｐｋｔ）该函数的作用是：处理网络协调器接收节点的有效数据，在这里主要包括路由节点、终端节点的配置数据等，具体的数据形式有节点网络地址、操作系统值、有效数据长度、簇ＩＤ、坐标数据以及坐标数据长度等，当收集一定量的数据后，经过串口向上位机发送，并对收集的信息进行校验Ｄ引。（２）数据串口接收与处理函数：ＳＰＩＭｇｒ＿ＰｒｏｃｅｓｓｚＴ００１Ｄａｔａ（ｕｉｎｔ８ｐｏｒｔ，ｕｉｎｔ８ｅＶｅｎｔ）该函数的作用是：当串口接收到上位机的数据后，将判断该数据的首位与操作系统值是否相同，然后根据这个数据的长度来进行分配闪存空间并装载数据，当数据装载完后，开始进行数据校验工作，这里的校验方法和上面函数校验相同。（３）转发串口收到的数据：ＬｏｃＤｏｎ９１ｅ－ＭＴＭｓｇ（ｕｉｎｔ８１ｅｎ，ｕｉｎｔ８木ｍｓｇ）该函数用于网络协调器接收到串口的数据后，立即将数据包解析，同时将数据装载并发送到节点设备。（４）校验函数：ＳＰＩＭ萨－ＣａｌｃＦＣＳ（ｕｉｎｔ８水ｍｓｇ＿ｐ仃，ｕｉｎｔ８ｌｅｎ）该函数使用的检验方法是将数据第一位的操作系统值去除掉，并对数据的各位使用异或计算∞１。４．３．５终端节点软件设计终端节点设备的作用是采集仓库内各种信息数据，经路由节点最终发送给网络协调器，因此它上电后的工作是扫描信道确定网络协调器的具体位置，发现后立即与网络协调器进行连接确认，成功后它便可以按照协调器发送的指令按周期采集仓储内各类数据，然后将数据信息上传至协调器中，其它的时间它便处于睡眠状态Ｈ０１。终端设备程序流程图如图４．２０所示。终端节点设备发送数据信息的主要功能函数为：、厂ｏｉｄＺＤＡｐｐ—ＳｅｎｄＭｓｇ（ｂｙｔｅｔａｓｋＩＤ，ｂｙｔｅｃｍｄ，ｂｙｔｅｌｅｎ，ｂｙｔｅ木ｂｕｆ）｛０ｓａｌ—ｅｖｅｎｔ＿ｈｄｒ＿ｔ宰ｍｓｇＰｔｒ；／／向所要实现的目标发送地址ｍｓｇＰ仃＝（ｏｓａｌ－ｅｖｅｎｔ＿ｈｄｒ＿ｔ术）ｏｓａｌ＿ｍｓｇ＿ａ１１０ｃａｔｅ（１ｅｎ）；／／给指针变量赋值ｉｆ（ｍｓ妒∽｛ｉｆ（（１ｅｎ＞Ｏ）＆＆（ｂｕｆ！＝－ＮｕＬＬ））／／判断数据长度ｏｓａＬｍｅｍｃｐｙ（ｍｓｇＰ仃，ｂｕｔ，１ｅｎ）；ｍｓ妒ｔ１．－＞ｅＶｅｎｔ＿ｃｍｄ；ｏｓａｌｊｎｓｇ－Ｓｅｎｄ（ｔａｓｋＩＤ，（ｂ舛ｅ宰）ｍｓ妒ｔｒ）；／／发送完数据之后，闪亮ＬＥＤＨａｌＬｅｄＳｅｔ（ＨＡＩＬＬＥＤ一３，ＨＡＩＬＬＥＤ—＿ＭＯＤＥ＿ＦＬＡＳＨ）；））４２第４章智能仓储管理系统的硬件设计与软件开发图４．２０终端节点程序流程图４．３．６系统监控平台设计本系统上位机部分的功能是减轻管理人员的工作负担，简单的实现人机交互功能，它的特点就是只需要一个监控管理端就可以同时监控整个仓储系统，而且当系统中需要调用仓储内货物的各类数据记录时，都可以通过该监控终端的数据库查找，本系统上位机监控软件的开发工具采用Ｄｅｌｐｈｉ７．０，主要实现的功能是数据显示、数据处理、数据保存及串口参数设置等功能。１．Ｄｅｌｐｈｉ串口通信设计Ｄｅｌｐｈｉ作为、Ⅳｉｎｄｏｗｓ平台下的应用程序开发工具，具有快速、方便等大量特点，“Ｂｏｒｌａｎｄｎ帕ｏＰａｓｃａｌ”便是集成开发环境Ｄｅｌｐｈｉ的前身，由早期的’Ｐａｓｃａｌ语言发展成为现在的ＯｂｊｅｃｔＰａｓｃａｌ作为Ｄｅｌｐｈｉ使用的核心，并且它的开发环境主要为图形界面，还能够结合ＩＤＥ、ＶＣＬ等开发工具及编译器共同配合与数据库建立连接Ｍ“。Ｄｅｌｐｈｉ与ｖＣ、ｖＢ相比而言，优势是简单化、掌握更容易，更实用，功能作用更完善一引。本系统中Ｄｅｌｐｈｉ７．Ｏ使用ＭＳＣｏｍｍ控件来进行串口通讯，ＭＳＣｏｍｍ控件提供了功能完善的串口数据的发送与接收功能，它包括两种处理通信的方式：第一种为事件驱动方式，具体的定义是串口发生事件或者出现错误时，ＭＳＣｏｍｍ控件立即触发０ｎＣｏｍｍ事件，并且对事件中的相应程序进行处理；另外一种为用户查询方式，利用相应的程序对ＭＳＣｏｍｍ控件的属性进行定时的查询，并做出处理。ＭＳＣｏｍｍ控件的属性和方法设４３哈尔滨工程大学硕士学位论文置如下：ＭＳＣｏｍｍｌ．Ｃｏｍｍｐｏｒｔｌ：＝１／／设置串行端口号ＭＳＣｏｍｍ１．Ｓｅｔｔｉｎｇｓ：＝”１９２００，Ｎ，８，１”ＭＳＣｏｍｍ１．Ｐｏｒｔｏｐｅｎ：＝Ｔｒｕｅ／／打开串行端口ＭＳＣｏｍｍｌｈｐｕｔＭｏｄｅ：＝ＣｏｍｉｎｐｕｔＩＩｌｏｄｅＢｉｎａｒｙ∥从串口读取二进制数据ＭＳＣｏｍｍ１．０ｕｔｐｕｔ：＝ｓｅｎｄｄａｔ／／发送数据ＩｆＭＳＣｏｍｍｌ．ＩｎｂｕｆｒｅｒＣｏｕｎｔ＞＝６／／等待接收到６个字节Ｄａｔｔｅｍｐ：＝ＭＳＣｏｍｍ１．Ｉｎｐｕｔ／／从串口读取数据至变体变量Ｒｃｖｄａｔ：＝Ｄａｔｔｅｍｐ／／数据送至接收二进制数组Ｆｏｒｉ：＝０ｔｏ５ｄｏ／／接收数据送至接收文本框ＴＸＴＲＣｖ显示ＢｅｇｉｎＭＳＣｏｍｍ１．ＰｏｒｔＯｐｅｎｏｒｔｏｐｅｎ：＝Ｆａｌｓｅ／／关闭串口ｅｎｄ通常情况下ＭＳＣｏｍｍ控件在Ｄｅｌｐｈｉ７．Ｏ中并没被注册的，在这里我们需要将它注册进组建栏里，单击菜单“Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ／ＩｍｐｏＩｒｔＡｃｔｉｖｅＸＣｏｎｔｒ０１…”，弹出‘‘ＩｍｐｏｒｔＡｃｔｉｖｅＸ’’对话框。在列表框中选择“ＭｉｃｒｏｓｏＲＣｏｍｍＣｏｎｔｒｏｌｌ．０”，单击“Ｉｌｌｓｔａｌｌ”按钮，系统就会注册该控件到Ａｃｔｉｖｅ组件栏中，注册的界面如图４．２１所示。图４．２１注册Ｍｓｃｏｍｍ控件２．数据库的设计仓储系统在运行的过程中一定会出现很多的实时数据，我们的工作就是将这些数据及时的采集传输并存储到数据库中，以方便人员快捷地建立、维护、查询、存取和处理数据库中数据，由于本系统处理的数据不是很复杂，数据量相对较少，介于开发成本，第４章智能仓储管理系统的硬件设计与软件开发开发周期等限制，我们选择了性能优异，操作简单，易于学习的ＳＱＬＳｅⅣｅｒ２０００Ⅲ删。Ｄｅｌｐｈｉ７．Ｏ具有数据库连接和处理功能，Ｄｅｌｐｈｉ７．０同时提供了多种数据库访问方法，本系统中选用ＡＤＯ作为Ｄｅｌｐｈｉ７．Ｏ访问数据库的接口。３．系统界面上位机监控界面是仓储管理系统的可视化操作平台，本软件使用ＤａｔａＭｏｄｕｌｅ作为数据库连接类，实现了对数据库的连接操作，采用Ｍｓｃｏｍｍ控件来实现串口的通讯，选用ＳＱＬｓｅⅣｅ２０００对数据信息进行数据存储，并选用ＡＤＯ作为Ｄｅｌｐｈｉ访问数据库的接口，Ｄｅｌｐｈｉ通过ＡＤＯ最常用的对象连接（ＣｏｌｌＩｌｅｃｔ）、命令（ＣｏｍｍａＩｌｄ）和数据集（Ｒｅｅｏｒｄｓｅｔ）对ＳＱＬｓｅｒｖｅｒ２０００数据库进行访问。（１）用户登录模块登陆界面包括用户名和密码的输入，仓储管理人员进入本系统前，需输入正确的信息以通过身份验证后才能够成功登陆监控终端，系统的登陆模块界面如图４．２２所示。图４．２２系统登录界面（２）参数设置界面串口设置界面包括对串口数、传输率、数据位、校验位以及停止位的设置，它给上位机和设备节点提供了通讯接口，系统中上位机通过Ｍｓｃｏｍｍ控件实现串口的通信功能，同时也可以通过串口与协调器之间互相传输各种指令，图４．２３为串口设置对话框。图４．２３参数设置界面４５哈尔滨工程大学硕士学位论文（３）主界面窗口系统的主界面是进入系统后进行系统管理和操作的界面，界面布局如图４．２４所示，从系统主界面的菜单项中我们可以浏览、查询到整个系统的各项功能。系统运行后便可以定时周期的通过串口从协调器中接收数据信息，并将收集到的信息存储在相应的数据表中以便于管理人员随时调用查看。图４．２４仓储管理系统主界面４．４本章小结本章主要对仓储系统中的硬件设计与软件实现进行了具体的阐述。首先提出了系统在设计时需要注意的一些问题，在此基础上给出了各个模块硬件电路图，并且对各部分的作用以及工作原理作了详细的介绍。然后介绍了如何对ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络进行自动组建，接下来以温湿度传感器ＳＨＴｌ５为例介绍了信息采集程序设计，以及网络协调器和终端节点的设计开发，最后根据仓储管理系统的具体要求，利用Ｄｅｌｐｈｉ７．０完成了上位机监控界面软件的设计。第５章系统的功能测试与性能分析第５章系统的功能测试与性能分析５．１系统的无线通讯测试５．１．１节点物理地址初始化及配置由于仓库为室内环境，因此本文选择实验室环境背景进行实验来测试无线组网后系统的可行性和稳定性。首先通过系统配置ｕＳＢ连接线把仿真器与ＰＣ机连接，然后通过仿真器的１０芯仿真连接线把仿真器与ｚｉ庐ｅｅ采集模块连接。接下来将所有节点设备的物理地址都恢复成缺省值，这样的无线系统中利用一个网络协调器与所有其它节点组成网络。１．打开Ｓｍ树０４ＦｌａｓｈＰｒｏ伊ａｍｍｅｒ软件，物理地址烧写软件界面如图５．１所示，…７然后加载一个ＨＥＸ文件。…ｓｙｓｔｅｍ—ｏｎ＿ｃｈｉＰｌ船印ｐｌｉｃａｔｉｃ暇Ｂ）ＥＢ卸ｐｌｉｃ＾ｔｉ。ｎ（ｓｅｒｉａｌ）｛功ｂ！ｌ！ｌＤｅＴｉｃｅ；脚ｖＦｌｔｓｈＲｅａｉＩｎｔｅｒｆａｃｅ渲：、ｃｃ２４３０测试标准、地ｘ文件、卸ｐＥｘ—ｃｃ２４３０｛ｊＦ—１２８（＆ｄｒｈｅ×一～ＩＥＥＥ｛…＿｛…～ｏｘｌＦＩ·：ＥＥＥｏｘｊｌｅｔａｉｎＩＥＥＥａｄｄｒｅｓｓｗｈｅｎｒｅｐｒｏ蓼锏ｍｉｎｇ＾ｃｔｉ…１０ｃｋ（ｔｆｆｅｃｔｉ叭ｆｔｔｒ；ＨｏＥ。８５２帆ｄｐ７０Ｆ８ＥｒａｓｅＪｗｒｉｐ§ｇ帖ｂ．■ｐｒｏＦａｍａＩＬａ，“Ａｐｐｅｎａ蛆ｄ’ｒｅｒｉ：｛“Ｖｅｒｉｆｙｒ“Ｒｅａａｔ菩ａｉｎｓｔｉｎｔｏｈｅ｝ｈｅｘＷｒｉｔｅＢ１０ｃｋｂｏｏｔｄｅｂｕｇｃｏｍｍ姐ｄ＝（ｉｎｃｌｒｅａｄｆｌａｓｈ船：ｃ眦Ｉｏｔ”Ａｐｐｅｎｄ啦ｄｖｅｒｉｆｙ”图５．１烧写物理地址软件示意图２．点击界面中的“ＲｅａｄＩＥＥＥ”，就会发现当前ｚｉｇＢｅｅ无线模块初始物理地址为“０ｘＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦ”，把它修改为“０ｘＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦ０１”，点击界面中的“ＷｎｔｅＩＥＥＥ”，写入６４位物理地址，把当前ｚｉｇＢｅｅ无线模块物理地址修改，修改成功如图５．２所示。在ｚｉｇＢｅｅ网络中各个节点所起的作用不同，因此它们具有的物理地址也不会一致，这就要求我们在搭建ｚｉｇＢｅｅ网络时为各个网络节点分配自己的网络物理地址，在这里同样修改其它ＺｉｇＢｅｅ无线模块物理地址，保证所有ＺｉｇＢｅｅ无线模块物理地址不同。４７哈尔滨工程大学硕士学位论文图５．２物理地址写入成功５．１．２各节点程序下载及网络组建首先将程序ＳａⅡ瞄ｅＡｐｐ．ｅｗＷ下载到物理地址为“ＯｘＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦ０１＂的ＺｉｇＢｅｅ无线模块中，如图５．３所示选择“ＣｏｏｒｄｉｎａｔｏｒＥＢ”，然后点击菜单Ｐｒｏｊｅｃｔ，选择“Ｒｅｂｕｉｌｄ灿１”，等工程文件编译完成后，接下来点击菜单Ｐｒｏｊｅｃｔ，选择“Ｄｃｂｕｇ”，即完成了程序下载，如图５．４所示。目｜ｅ副ｉｔ蛐ｅｗＰｒｏｊｅｃｔ望苎。坐！螋。。；璧蔓ｉ；．．。。。ｌＤ瞎鞫ｏ｝国ｉ豁餐。“魁｝遴ｊ“｛厂—一图５．３不同节点类型的选择队ｌｅ量ｄｉｔ啦ｗ鬃曩ｇ翻．墅璺！兰ｉｎ如ｗ。娶粤Ｐ…坠１ｅ曼ａｉｔ！ｉ”要暮罨ｌ翮罩ｏｏ｝！．曼廿Ｌｄ唑…婪ｅ１Ｐ。～Ｄ瞎口ａ｛Ｊ～ｄＡｄｄｉＦｉｌｅｓ．．Ｄ菌回ａ；麓趣螋濑｜｜｜｜｜錾鍪舔＾ｄｄ豇。ｕｐ·露蕊辫黧爨戮粼瀵“ｄｄ豇。ｕｐ··ＬｏｃＤｏｎ９ｌｅＬ０ｃＤ０ｎｇ｜ｅＥｄｉ主Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｃ。ｎ￡ｉ口ａｔｉｍ｜ｅｓＩｅｓ一’ｊ：—ｓａｍｐＩｅＡｌＩｓａｍｐＩｅＡＩｅａｔｅＮｗＰｏｊｅｔ［：二］Ａｐｐｅａｔｅ基ｅｗＰｏｊｅｔｌ簌强ｔａｃｏＬ圈ｄ咽Ｅｉｓｔｉｎｇ卜ｔｃｅｊｏＰ田鼬Ｌ。ｃａｌａ坠ｉｓｎｇＰ。ｊｅ“一圃Ｌｏｃａｆ－Ｆｔｉｏｎ笃‘ｔ＋Ｆ７Ｆｍｉａｍｓｏｓ．．．团ａ咽＿┃｝圃ｓａｍ；ｕｒｃｅＣｄｅＣｎｔｒ０１ｓｓａｍＦｓｕｒｃｅｃｄｅｃｎｔｒ。１［］ＨＡＬ［＿＝＿：ＩＨＡＬ［）ＭＡＣｋｅ口ＭＡＣｅＴＭ）：１１。［田—Ｃ）ＭＴ■Ｉ嗣Ｒ啊一●ｎｌ┃口ＮＷＫｂｕｌｌａＡｌ臼ＯＳＡＬｅｎＣ］０ＳＡＬｅａｎ［］Ｐｒｏｆ¨ｅｃｈｂｉｌｄ．Ｃ）Ｐｒｏ川ｅｃｈｂｉｌｄＣ＝ＩＳｃｕｒｉｗ。［］ＳｅｃｕｒＷ一…口ＳｅⅣｉｃｅＥ’。’。［）Ｓｅ～ｉｃｅｓ臼Ｔ００ｂｂｕｇｒｌ＋Ｄ口ｚＤＯｉ，’。８～．。、，。Ｈ。．裂３譬。。第５章系统的功能测试与性能分析物理地址为“ＯｘＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦ０３”以及“ＯｘＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦＦ０４”的ＺｉｇＢｅｅ无线模块３和４中，用作终端节点使用。确定各程序都已成功下载至各节点，并保证协调器使用电源供电，路由节点与传感器节点使用电池供电后，下面进行无线监控网络的组建。无线传感器网络监控软件的作用是可视化的显示网络拓扑结构、可视化的显示各类传感器采集数据，仓储中如温湿度，加速度等，配置网络中的节点以及下载相关程序。首先组建各节点，包括协调器节点、路由节点、传感器节点，并根据现场实际情况布置各网络节点，然后通过ＵＳＢ连接线把协调器与计算机连接起来，确保协调器与计算机正解连接，在软件界面上选择网关所在的ＣＯＭ端口，选择正确的波特率后，就可打开串口了，在这里当存在大量的节点时，需要增加读取时间Ｍ５１。正确打开串口后，并选择“网络拓扑图”后其主界面将变化为下图５．５所示。积‘篡，？《焉ｔｇ鬻翟飘翳鬻翳湖豳鞠豳豳豳豳啊■豳圈●圜圈■霸霸霸霸凰嬲隰蹶爨愍懑想暖ａ露∞ｉ警３。”。Ｆ潞籍孙岜。吾５州ｊ＃÷ｏ＊√图５．５网络协调器显示这样就可以开始组建无线网络了，分别将下载有路由器程序、终端节点程序设备的电源打开，要注意的是首先要打开网络协调器模块的电源，这时模块的红色ＬＥＤ灯变亮，表示模块建立网络成功，然后打开终端节点模块的电源，同时观察网络协调器模块的红色ＬＥＤ闪烁次数，如果网络协调器模块的红色ＬＥＤ闪烁两次就表示有节点模块加入到该无线网络中，此时节点模块的红色ＬＥＤ变亮，绿色ＬＥＤ与协调者模块指示灯开始同步闪烁，当节点模块上闪烁的ＬＥＤ灯停止闪烁后，就表示已连入网络，如图５．６所示。４９哈尔滨Ｊ：程大！学硕士学位论文囊囊黛麟灏豳黼？缫蘸鞠酾麟舟ｑ：５ｉ’ｊ誊缝ｊ｝…母ｉ。。？—舞＿目Ｉ瓣１Ｉ磷ｉ。囊鬻舞。警ｉ鬻骥掣叠％≈ｉ≥‘戮；”矗：鬻ｉ粼｛“‘弩”慧！图５．６完整网络拓扑结构在这里路由器节点与网络协调器保持一定的距离，传感器节点与网关的距离必须保证传感器节点不直接加网络，需通过路由节点加入网络，这样形成完整的网络拓扑结构，按下协调器的复位按钮即可重建网络。５．２系统测试结果在进行完ＺｉｇＢｅｅ无线传感网络组网后，下一步要进行仓储内无障碍环境下点对点的双向数据传输以及网络整体的数据传输实验，如果通信不稳定将会对仓库造成一定的经济财产损失，因此只有无线网络达到稳定才能符合设计的基本要求和整体稳定性能。５．２．１节点间数据帧传输格式在系统的实验中需要进行ｚｉｇＢｅｅ无线网络间的信息交换，因此要求首先将节点与协调器问传输数据包格式定义准确，ｚｉｇＢｅｅ网络中的节点都有自己固定的地址，节点间通信的数据是采用数据帧的方式发送，数据传输时的ｚｉｇＢｅｅ协议帧的格式如表５．１所示，数据帧中的帧头、帧尾以及校验位等都以１６进制数来表示。表５．１数据命令格式命令字ＩＩ帧格式Ｉ地址Ｉ备用地址Ｉ数据Ｉ备用数据Ｉ校验和Ｉ帧尾表中的每一帧都是５２个字节，这可以通过帧尾＋帧长度来判断是否结束。其中命令头用来装入命令，帧格式中第０字节表示传感器模块队列配置的格式，第１字节中Ｏ一６位表示数据长度，７位表示突发数据流标志，地址的模式包括长、短地址，数据为各种需要发送的数据，在这里我们使用异或校验，如果校验错误出现在数据压缩包中，需要５０第５章系统的功能测试与性能分析把错误的数据包删除，不需要采取纠错的方式，这时丰控节点根据分析产牛的结果令子节点将信息再次发送或者对其报错，帧尾便是一帧的结束Ｈ５．２．２点对点的通信测试点对点通信中的几个条件编译，主要是为了在同一个文件下同时编写ＴＸ和ＲＸ程序，因此在进行实验之前，需要将程序分别下载到相互通信的两个节点中，类型选择界面如图５．７所示，在这里两个节点充当网络协调器和终端节点，首先协调器发送信息查询命令，如果终端节点设备接收到信号，就开始从各类传感器中读取仓库中的相关信息，然后通过无线网络传送至协调器中。具体实现的代码如下：①射频初始化函数：ＢＯＯＬｓｐｐＩｎｉｔ（ＵＩＮＴ３２仔ｅｑｕｅｎｃｙ’ＢＹＴＥａｄｄｒｅｓｓ）Ｐａｃｋｅｔ功能描述：初始化简单的数据包装协议ＳｉｍｐｌｅＰｒｏｔｏｃ０１（ＳＰＰ），从ＤＭＡ管理器申请两个ＤＭＡ通道，用于分别从ＲｘＦＩＦＯ和ＴｘＦＩＦＯ传输数据。定时器４管理器同样被设置，这个单元用在数据包发送后接收器在一定时问内没有返回应答时产生中断。无线部分配置为发送，工作在特定的频率，在发送时自动计算和插入和检查ＣＲＣ值。②发送数据包函数：ＢＹＴＥｓｐｐＳｅｎｄ（ＳＰＰ～ＴＸ—ＳＴＲＵＣＴ术ｐＰａｃｋｅｔＰｏｉｎｔｅｒ）功能描述：该函数发送的数据长度为ｌｅｎｇｔｈ字节，有效载荷通过ＴｘＤＭＡ通道将源地址插入到ＴｘＦＩＦＯ前，如果它的标志，目标地址期望的得当，就可以将其标志重新设卫【４７】且ｏ③接收数据函数：ＶｏｉｄｓｐｐＲｅｃｅｉＶｅ（ＳＰＰ—ＲＸ—ＳＴＲＵＣＴ木ｐＲｅｃｅｉｖｅＤａｔａ）功能描述：这个函数使能接收１２８字节，包括头和尾。接收数据通过ＤＭＡ传输到ｐＲｅｃｅｉｖｅＤａｔａ。ＤＭＡ装备同时接收开肩。接收数据将触发ＤＭＡ，当所有的数据包接收并且移走，ＤＭＡ产生一个中断同时运行以前定义的函数ⅨＣａｌｌＢａｃｋ。图５．７通讯节点类型通过ＩＡＲ工具将程序编译并下载至丰芯片的Ｆｌａｓｈ中，然后就可以进行点对点的通讯测试实验了。木实验中我们选取在室内无障碍的环境下进行测试，实验选择６个测试距离，终端节点将采集到的温湿度给仂、调器依次发送５０个数据信息，最后通过它所连接的丰机上的串口调试助手显示出来，根据接收数据的完整度可以得出仓储内无障碍时的测试结果如表５．２所示。哈尔滨工程大学硕士学位论文表５．２无障碍通信测试距离（米）１００发送包（个）１００１００１００１００１００１００接收包（个）２５２８丢包率７５％７２％６８％１１％０％０％８０５０３２８９１００１００３０１０５同样我们在室内设置一些障碍物，然后选择五个距离分别进行测试，测试接收情况的结果如表５．３所示。表５．３有障碍通信测试距离（米）５０３０１５１０５接收情况２４％６２％９０％１００％１００％从实验结果可以看出，无障碍时当通讯距离超过３０米以后，通信时就出现了连接失败和数据包丢失等情况，而存在障碍物以及距离变长时会直接造成了接收的信息效果变差，因此为得到良好的数据通讯效果，在实际环境的应用中，应该尽量减短通信距离以及保持通信周围无障碍，还可以考虑天线方面得改进设计，结合本实验的环境条件，基本可以实现设计要求，达到本次实验设计的目的。５．２．３网络整体通信测试整体通信测试模仿仓储内多传感器传输数据实验，由一个网络协调器和三个工作在不同频道的节点设备组成，终端节点设备采集仓储内各类数据信息，经网络协调器处理再经由串口将数据传输至上位机中。实验中利用终端设备定时周期发送的方法进行模式的查询，上面的单点互通信实验使用协调器来传输查询的指令，这样即增加了网络内信息传输的负载量，又极大的消耗了系统的能量，结果就是数据信息在传输中产生的误差被提高了，系统整体的稳定性以及准确性被破坏了。实验开始时我们应先给网络协调器通电，串口通信和供电的实际连接图如图５．８（ａ）所示，接下来打开另外的三个终端节点设备电源，让它们组建成网络，试验中网络协调器同时接收三个节点发送的数据，网关收到数据后通过小灯闪烁表示出来，智能仓储ｚｉｇＢｅｅ网络模拟效果图如图５．８（ｂ）所示。５２第５章系统的功能测试与性能分析图５．８（ａ）仂、调器实物连接图具体实验步骤为：图５．８（ｂ）网络通信连接图（１）根据实验需求连接好硬件设备。（２）打开ＩＡＲ工程环境后，可以看到如下图５．９所示的窗口，在木窗口中可以看到这个工程中共分为四个模块：ＲＸ、ＴＸ、ＴＸｌ、ＴＸ２。其中ＲＸ表示接受，Ｔｘ，ＴＸｌ，ＴＸ２表示发送。射频初始化函数：ｒａｄｉｏＩｎｉｔ（仔ｅｑｕｅｎｃｙ，ｍｙＡｄｄｒ）；ｍｙＡｄｄｒ＝ＡＤＤＲＥＳＳ一０；／／设置ｍｙＡｄｄｒ为Ｏｘ０１；ｒｅｍｏｔｅＡｄｄｒ＝ＡＤＤＲＥＳＳ１；／／设置ｒｅｍｏｔｅＡｄｄｒ为Ｏｘ０２；ｗｈｉｌｅ（１）｛Ｒｅｃｅｉｖｅｓｅｌ＝（Ｒｅｃｅｉｖｅｓｅｌ＋１）％３；／／自动切换信道ｉｆ（ＲｅｃｅｉＶｅｓｅｌ＝＝０）Ｒｅｃｅｉｖｅｓｅｌ＝１；ＴｒｙＴｏＲｅｃｅｉＶｅ＝ＴＲＹ＿，ｒＯ—ＲＥＣＥＩＶＥ；ｉｆ（Ｒｅｃｅｉｖｅｓｅｌ＝＝１）仔ｅｑｕｅｎｃｙ＝ＮＯ＿１一ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ；／／选择信道标号ｉｆ（ＲｅｃｅｉＶｅｓｅｌ＝＝２）仔ｅｑｕｅｎｃｙ２Ｎ０—２一ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ；ｉｆ【ＲｅｃｅｉＶｅｓｅｌ＝＝３）行ｅｑｕｅｎｃｙ＝Ｎ０—３一ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ；ｉｎｉｔＲｆＴｅｓｔ（仔ｅｑｕｅｎｃｙ）；／／调用射频初始化函数ｒｅｃｅｉｖｅＭｏｄｅ（）；｝５３哈尔滨工程大学硕士学位论文ＦＨｅＥｄｉｔ¨＿ｌｅｗｆｙｏｊｅｃｔ工ｏｏｌｓ婪荩ｎｄｏｗ｝辩ＩｐＤ盛、，ｏ图５．９节点类型图（３）用ＩＡＲ将编好的程序下载到接收模块中，编译运行后小灯闪烁，小灯连续闪烁三次后，关闭小灯，接下来等待着数据的接收，接收的流程图如图５．１０所示。接收数据的主要功能函数：ｖｏｉｄｒｅｃｅｉｖｅＭｏｄｅ（ｖｏｉｄ）ｗ＿ｈｉｌｅ（１ｂＴｏＲｅｃｅｉＶｅ～）｛ＲＬＥＤ＝ＬＥＤ—ＯＦＦ；ＹＬＥＤ＝ＬＥＤ—ＯＮ；ｒｅｓ２ｒａｕｄｉｏＲｅｃｅｉＶｅ（＆ｒｅｃｃｉＶｅＢｕ彘ｒ，＆ｌｅｎ啦，ＲＥＣＥⅣＥ＿ＴＩＭＥＯＵＴ，＆ｓｅｎｄｅｒ）；∥初始化接受函数ｉｆ（ｒｅｓ＝＝ＴＲＵＥ）｛ＵａｎＴ）＜｜＿ＳｅＩｌｄ＿Ｓｔｒｉｎｇ（（ｃｈａｒ木）ｒｅｃｅｉＶｅＢｕｆｊ札２１）；ｉｆ（舭ｑｕｅｎｃｙ—Ｎｏ＿１．ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ）∥判断ＲＦ的频率｛Ｐｒｉｎｔ（２，２，ｒｅｃｅｉＶｅＢｕ妇陆；１）；ＹＬＥＤ＝ＬＥＤ—ＯＮ；／／接收成功的标志）ｈａｌＷａｉｔ（２００）；／／进入等待阶段ｒｅ咖；））第５章系统的功能测试与性能分析ＣＣ２４３０初始化上小灯闪烁三次关闭所有小灯图５．１０接收程序流程图（４）将程序下载至ＴＸ，ＴＸｌ，ＴＸ２中，通过编译后运行程序，节点设备上的小灯闪烁三次后，开始将采集到的数据信息向外发送，如果接收，发送都开始工作时表示无线通讯开始了。发送的流程图如图５．１１所示。发送数据包的主要功能函数：ｖｏｉｄｃｏｎｔｉｏｎｕｏｕｓＭｏｄｅ（ｖｏｉｄ）ｗｈｉｌｅ（１）｛ＹＬＥＤ＝ＬＥＤＯＦＦ：／／小灯闪烁ＲＬＥＤ＝ＬＥＤ—ＯＮ；ｒｅｓ＝ｒａｄｉｏＳｅｎｄ（ｓｅｎｄＢｕｆｆ．ｅｒ’ｓｉｚｅｏｆ（ｓｅｎｄＢｕ鼠ｒ），ｒｅｍｏｔｅＡｄ毗ＤＯ』ＯＴ＿ＡＣＫ）；ｈａｌＷａｉｔ（２００）；／／进入等待阶段哈尔滨工程大学硕士学位论文ＲＬＥＤ＝ＬＥＤ—ＯＦＦ；／／此时小灯熄灭ｈａｌＷａｉｔ（２００）；ｉｆ（ｒｅｓ＝＝ＴＲＵＥ）｛ＹＬＥＤ＝ＬＥＤ—ＯＮ；ｈａｌＷａｉｔ（２００）；ＵａｎＴＸ二ＳｅｎＱ—Ｓｔｒｉｎｇ（ｓｅｎｄＢｕ虢ｒ，ｄａｔａｎｕｍｂｅｒ）；∥发送开始｝ＣＣ２４３０初始化Ｙ小灯闪烁三次上小灯循环闪烁上发送数据图５．１１发送程序流程图（５）构建好实验环境条件以后，接收模块开始接收终端节点采集的数据，这时我们可以借助上位机中的串口调试助手显示出连接成功以及传送过来的部分数据。实验中终端设备进入无线网络后，协调器按照其进入的次序将短地址分配给它们，假如实验中有节点与网络断开连接，系统也不会将其原地址分配给新的节点，还会为其保留，等待这个节点设备的再次加入，这就真正的绑定了节点设备与特定地址，然后就可以周期性接收到节点采集的各种信息了。这时候打开仓储系统的监控界面，首先对串口进行参数设置，设置完成后点击“保存”按钮，系统就能够准确的按照定时的时间通过串口从网络协调器中采集各种数据信息，上传至上位机中，同时软件还可以保存、显示、查询历史数据。此时软件界面如图５．１２所示。５６第５章系统的功能测试与性能分析图５．１２节点类型图但是当组成的无线网络规模较大时，就会由终端节点向协调器发送大量的数据信息，这样就会产生冗余度很大的数据信息，并且多个数据信息还会发生碰撞，致使网络中的数据传输时间长造成网络瘫痪，还会直接的影响本系统稳定性，以及各节点电池使用的寿命长短，因此针对同类多传感器测量数据中含有的噪声和传输中包含大量冗余信息，提出了数据融合的概念。数据融合主要依靠选择合适的数学算法，另外，还包括融合算法的计算精度和速度；对采集基本信息样本的要求等，如果该算法具有自适应性、并行处理能力、容错性，可以将它作为新的融合算法。利用数据处理方法来减少无线传感器网络中传输的信息量，提高系统的整体性能，减少系统的能量损耗，从而提高无线通信的质量。５．３数据融合算法在无线网络中的应用与实现５．３．１基于自适应加权的融合算法为了减小系统中数据信息之间的碰撞，使网络中的数据得到优化处理，许多组织对自适应加权算法进行了研究，自适应加权算法最终目的是根据实验环境中分布在各节点的传感器所对应的不同权重值，并结合计算得到的最小总均方误差以及采集值计算出相应的最佳权重值，最终融合得出的岩达到最优，本算法主要针对大量的不相等的精度测量值，采用权值Ｗ来衡量不同数据的不同精度，实验中将测得的不同数据按照精度分别乘以权重值，然后将得到的结果进行平均值处理，因为精度低的数据产生的误差一定大，因此权重值应该较小；精度高的数据误差一定小，得到权重值会很大，这样会有利哈尔滨工程大学硕士学位论文于提高测量结果的准确性，实验中主要将此融合方法用于底层的数据传输中，因为这样可以减少数据的冗余度，还能将更有效的，准确的数据提供给上层设备Ｈ８４９１。自适应加权数据融合模型图如图５．１３所示。图５．１３自适应加权数据融合估计模型５．３．２自适应加权融合算法的改进根据上面的论述可以看出自适应加权数据融合算法具有一定的优越性能，提高了数据信息测量精度，一定程度上减少了系统中数据的冗余程度，基本上达到了一定的数据融合效果。可是该算法的缺点较明显，原因是它将融合过程的时间性与空间性完全分割开了，只是单独对同一时间上的多个传感器采集的信息数据进行了数据融合处理，因此该融合算法还有待改进。在这里为了得到更加精确、估计值更稳定的数值，将两次融合先后运用到传感器采集数据中，本系统将两次数据融合称做两次估计。第一次融合是将单个传感器在前后两次测量的数值进行合并，首先计算出单个传感器在前后两个时刻的融合估计值；第二次是将所有传感器同一时刻采集的数值信息再次融合，融合估计后的均方误差远远小于基于白适应加权融合得到的均方误差垆…。时空融合估计算法结构如图５．１４所示。ｌ传感器１＇基于时间的递推估计数据融合恸日Ⅲ融合估计值ＸＩ传感器２｛心＇基于时间的递推估Ｈ计数据融合对群口》ｊ传感器３’基于时间的递推估计数据融合图５．１４时空融合估计算法结构５．３．３基于递推估计的数据融合算法由于仓库中的存储面积较大，因此单个的或少量的传感器不能够确保采集到的温湿度信息数据的有效性和合理性，本设计中采用递推估计和时空融合算法同时应用于多传第５章系统的功能测试与性能分析感器信息数据的采集传输中，使最终经过数据融合后的采集数值达到最优。递推估计是利用时刻ｔ上的参数估计、存储向量与时刻ｔ＋１上测量的输入和输出值计算新的参数值ｔ＋２，直到获得满意的参数为止，正是运用该算法的特点，将单个传感器测量的数据递推估计出更精确的数值，这样会减少单个传感器采集中出现的无效数据，同时也能够提高测量值的准确性和减弱结果的重复性。实验中单个传感器测量到的多个数据受到环境条件影响，我们利用统计学消除错误数据，得到更加精确的测量数据列为：Ｘ，，Ｘ：，…，ＸⅣ，计算出它们的算术平均数值：霄＝去∑Ⅸ，（５—１）下面系统会将此平均值作为后面计算中递推数据估计的初始数值，根据实验的具体要求，节点在后面的在信息采集中必须按照规定的标准误差口进行连续性、相关性检验。当ｌｘ—ｘ—ｌ≤∥时，系统确定ｘ为标准测量数据结果，并依次根据已有的数据ｘ一与ｘ＋的递推计算出Ｘ＋，将新的计算结果Ｘ＋保存，用作后续节点采样数据信息的初始值，如果计算数据存在差异、不确定性，将删除ｘ，保留Ｘ一并将其作为数据递推运算结果，参数Ｘ作为被估计的对象协¨。它的计算公式为：ｘ㈥＝删＋㈨系数矩阵Ｈ设为ｆ｝】；矿，矿为服从正态分布的观测白噪声。若ｘ一、ｘ的方差分别为仃？、仃２，则测量噪声的协方差为：降２，…¨卜（嚣，搿冰：］根据上述递推估计理论计算出它的实时估计值：侉３，ｘ＋：ｘ一十［仃：Ｈｒ儿肪：日ｒ】一１［ｘ一删＿］：三ｘ一＋—＃三一了ｘ估计值Ｘ＋的方差为：（５．４）仃：：仃：一［仃！日ｒ］［如：Ｈｒ＋ＪＤ］［册：］：罢测量后最终的时间融合估计值和方差：５９（５。５）下面将充分应用一致性的递推估计理论，在后续的数值计算中将式（５．３）、（５—４）作为统计应用，而下面测量到的信息数据用来补充、修正前面数据，就这样连续的递推运算估计值与方差，当所有的测量数据信息都加入到整体计算后，就能够得出单个节点ｎ次ｘ＋（，ｚ）＝：｛‰Ｘ＋（聆一１）＋：｛揣ｘ（托）哈尔滨工程大学硕士学位论文（５—６）㈣＝筹篙蔫．５．３．４时空融合算法均方误差的求取洚７，根据以上推导公式得到ｋ个传感器第ｎ次测量的测量估计值ｘｆ（，ｚ），ｘ；（，ｚ），…，Ｘ；（，ｚ），而且它们彼此独立，均方误差分别为仃？（玎），仃；（，ｚ），…，盯；（胛），加权因子为形（咒），％（ｎ），．．。，呒（托），经过数据融合后，可以得到如下公式：七七又（聆）＝∑彬（，ｚ）ｘ？（聆），∑形（挖）＝１．ｆ－ｌｆ－ｌ（５—８）利用输出数据相互独立的关系，利用多个传感器第ｎ次测量值计算出时空融合总均方误差：七仃２（刀）＝目（ｘ一万（甩））２］＝∑彬２（聆妙；２（玎）ｆ－ｌ（５—９）由此得出，（５—９）式中的仃２（，ｚ）是根据臃（，ｚ）计算出的多元值函数，因此在多元函数中一定应该有极小值，因此最终可以计算出最小的总均方误差，以及它相应的加权因子：耻衣仃；（，ｚ）∑１去（５—１０）最高精度：味班熹５．３．５数据融合算法的仿真（５—１１）为了验证新算法的优越性，运用Ｍａｔｌａｂ仿真软件对４组传感器测量得到的数据进行数据融合处理。也同样假设同类多传感器测量数据中含有４组相互独立的零均值白噪声，这样分别用这４组数据信息进行模拟４个传感器节点的测量误差，将４组白噪声方差取作Ｏ．０５、０．０７、Ｏ．１、Ｏ．２，它们的均值都取０，假设估计的真值Ｘ＝２５，如图５．１５所示得到的４组仓库内终端设备的温湿传感器的测量值便是将白噪声与真值Ｘ相叠加得到的。第５章系统的功能测试与性能分析传感器ａ测量数据传感器ｂ测量数据、赵赙、燃赠传感器ｃ测量数据传感器ｄ测量数据、雠赠。ｏ逮嚼图５．１５传感器输出的测量值根据上图中得到的采集数据的输出信息值，并结合上述计算公式能够得出最终的总均方误差值，运用Ｍａｔｌａｂ软件进行仿真实验，仿真结果如图５．１６所示，图中显示出计算后的总均方误差值是越来越小的瞄２１。图５．１６总均方误差曲线图然后将上面得出的理论结果以及公式分别应用于四组传感器测量数据样本的自适６１哈尔滨工程大学硕士学位论文应加权融合以及时空算法融合估计，根据式（５．８）得到最终融合估计值牙（胛），这样可以根据仿真结果如图５．１７（ａ）和５．１７（ｂ）得出两种融合算法的最终融合估计值以及根据计算得出如图５．１８所示的两种算法的总均方误差曲线睁３１。图５．１７（ａ）基于自适应加权数据融合结果图５．１７（ｂ）基于时空的数据融合估计图５．１８两种算法的总均方误差曲线从仿真的结果可以看出：基于时空融合算法的融合估计值在真值附近波动的范围小于基于自适应加权算法的融合估计值的波动范围，并且对应的总均方误差值也低于后者算法得出的总均方误差值。这样可以得出时空融合估计后的观测误差波动性更小，稳定性更高，可靠性更强，可见该算法在降低多传感器数据测量误差方面优势更加明显。整个实验结果表明仓储中产生的大量数据首先进行数据融合处理，然后经过对数据信息的优化组合后能够得到大量的有效信息，从根本上说，数据融合的作用是消除大量信息产生的冗余性以及互补性，并且充分利用若干传感器共同联合操作的优势特点，将仓储系统的高效性、实用性以及合理性极大的提高了。５．４系统的测试分析本系统通过整体网络的测试实验与数据融合技术的加入验证了系统基本上能够实现无线网络的通信以及对数据信息的采集、数据处理和仓储内实时显示、存储等功能，证明了能够完成预期的功能以及预定的性能指标，达到了本系统设计的要求和目的，但６２第５章系统的功能测试与性能分析是在实际的仓储环境中，人员的走动、其它设备的无线信号等都会对采集信息，无线通信产生干扰和影响，这些问题会在后面开发中逐渐解决，总体来说本文设计的基于ＺｉｇＢｅｅ的智能仓储管理系统，具有成本价格低、即时性、自动组网灵活、功耗低、实时性好，能够基本满足智能仓储环境的需求。５．５性能测试本文结合对仓储系统的设计和测试结果的分析，并根据组建成功的无线传感器网络传输性能的评价，下面从已经完成的以下五个方面对智能仓储管理系统进行整体的系统性能分析。１．可靠性能为了能够防止不安全节点的插入并且有效的阻止重要数据被非法截取，本系统在设计时将节点数据传输的安全性与可靠性作为重点考虑因素。另外由于数据通信时需具有固定的带宽，为了阻止数据信息在发送过程中所产生的碰撞，系统还特意将专用的时隙为此通信业务预留。同时本系统利用ｚｉｇＢｅｅ协议缩短了通信时延，使得仓储系统进行数据信息传输时的可靠性增强了。２．稳定性能仓储系统中的各种传感数据信息能够实时地传送到上位机上，这个过程中包括：系统能够将所采集到的数据信息准确无误的加以解读进而转变成为相应的指令；还可以对传感器采集的大量数据进行准确的数据融合处理；同时还可以按照预先设定好的格式将数据信息存储起来；另外组网完成后还能够准确显示无线网络的拓扑结构，并实时反映拓扑的动态变化情况。３．低功耗性本系统中所使用的ｚｉｇＢｅｅ节点设备工作时间比较短、数据的接收发送所消耗的功率比较低，休眠模式被应用到其中，从而能够使ｚｉｇＢｅｅ模块具有相当省电的功效，其电池使用寿命至少在６个月以上，较好的能够达到２年左右。４．组网灵活性本系统中所有终端节点之间的通信半径较短，可以在短时问内建立多跳式无线网络，而且当某个节点加入或者移除这个网络时，无线传感网络拓扑结构也会动态的发生变化，不需人工干扰，自动的完成网内调整，因此这就使得整个仓储管理系统不会因为某些节点发生故障而停止工作，极大地提高了整个仓储管理系统的组网灵活性。５．抗干扰性根据本系统硬件的设计要求，我们采用双层ＰＣＢ电路板设计，项层布设信号线，底层布设电源线和地线，实现了ＰＣＢ设计时的合理布置器件和线路，减少了元器件相互之间的干扰。６３哈尔滨工程大学硕士学位论文由此得出本文设计的基于Ｚｉ班ｅｅ的仓储管理系统，具有成本低、功耗低、精度高、易实现、实时性好、很好的自适应性和容错性等大量的优点，真正的满足了系统设计的整体需求。５．６本章小结本章首先对系统中各类节点进行物理地址分配以及程序的下载等，然后利用无线传感网络监控软件完成了本系统网络的自动组建，这为下一步具体的通信实验奠定了基础，接下来根据仓储的实际要求对节点之间的温湿度、位置偏移量进行采集、通信，并对系统进行了的整体通信测试，然后根据实验结果，提出了具体的数据处理方案与实现方法，并进一步通过实验验证了所提出的时空数据融合算法是行之有效的，最后对系统进行整体的性能分析与测试，测试结果证明系统是一个具有安全性、功耗低、可靠性和稳定性的仓储管理系统，能够达到设计的基本要求。基于ｚｉ邸ｅｅ技术的智能仓储管理系统的设计与实现结论本文通过分析研究国内外仓储管理系统的发展状况以及相关技术理论，并结合国内物流业中未来发展和所需要求，提出并实现了一种基于ＺｉｇＢｅｅ无线网络技术的智能仓储管理系统，并且在理解掌握ｚｉｇＢｅｅ技术的特点和优势基础上，结合网络协调器、监控中心实现了仓储内信息数据的采集、处理。本文主要完成的工作内容如下：１．结合国内外仓储管理系统的发展现状，对提出的适用于仓储系统的Ｚ边Ｂｅｅ技术进行深入的研究和分析，通过比较几种常见的无线通信技术，列举出了ＺｉｇＢｅｅ技术的绝对优势。进一步提出了仓储管理系统的总体设计方案，并分析了系统的构架和工作原理，在此基础上对各个子模块的结构和功能设计了方案。２．介绍并详细解释了协议栈中各层的丰要功能、在理解其功能的基础上提出了数据处理技术，并通过比较目前常用的几种数据处理算法，选取了数据时空融合算法对仓储中产生的大量数据进行高效的处理。３．进行仓储管理系统中射频模块和外围功能模块硬件的整体原理图设计和ＰＣＢ布局布线设计，为系统搭建了一个可靠性地硬件平台。然后进行整体网络的功能与性能测试，能够准确实现对仓储内温湿度的采集以及货物进出信息的无线传输，测试结果验证能够基本满足实际应用对系统的需求，体现了智能化的思想，降低了功耗、节约了成本。４．通过对节点和协议栈的开发实现后，组成了一个典型的无线通信传感器网络平台，进行了大量的测试实验，例如点对点双向通信、整体网络通信等，并将数据时空融合算法应用到无线传感网络数据的采集与传输中，通过仿真验证了所采用方法的实用性和优越性，最后经过测试结果可知该系统完全可以满足一般仓储系统要求，在今后的工作中不断完善系统功能，在此基础上深入研究更多的无线传感网络技术并将其应用到仓储系统中。本文虽然实现了无线传感器网络在仓储系统中数据信息监测、采集方面的研究和应用，但是由于时间的仓促以及经验的不足，本系统设计的智能仓储管理系统还存在许多不成熟的地方，它的实际应用价值还有待提高。今后研究方向主要包括以下几个方面：１．在仓储管理系统中，很多的终端节点需暴露在仓库内，因为密封、潮湿的环境，因此节点的防水和防腐蚀设计十分重要。本次设计并未在这方面着手制作，在后续的工作中会进一步设计完善。２．本论文并没有对数据处理模块进行单独的设计，由于底层的ｚｉｇＢｅｅ无线传感网络终端节点非常丰富，因此需要对这些节点传输的数据信息进行加工、处理，这样会带给协调器更多的任务量，所以下一步工作是进行数据处理模块的开发，以便整个模块设计能够将底层的无线传感网络与终端设备准确通信以及数据实时传输。哈尔滨工程大学硕士学位论文参考文献口，韩金鲁．基于ＺｉｇＢｅｅ技术的智能仓储系统的研究［Ｄ］．山东大学研究生论文，２００８：３—７２页眩，闫静杰．基于无线传感器网络的井下水位监测监控系统设计［Ｊ］．传感器与微系统学术期刊，２００８年１２期ｐ，戴姣丽．仓储管理信息系统优化研究与设计［Ｄ］．广西大学学位论文，２０１０：３—８页一，俞海．基于ｚｉｇＢｅｅ技术的矿井人员定位系统研究与设计［Ｄ］．合肥工业大学研究生论文，２００７：５．１０页睁，ＮａＶａｓＤｅｂ．ＲＦＩＤＴｒａｅｋｓＨｕｇｅＲｏｌｌｓｏｆＰａｐｅｒｉｎＷ缸ｅｈｏｕｓｅ［Ｊ］．ＳｕｐｐｌｙＣｈａｉｎＳｙｓｔｅｍｓ，２００３，２３（１０）：２０－２６Ｐ眄，高翔，王勇．数据融合技术综述［Ｊ］．计算机测量与控制，２００２，１０（１１）：７０一８５页Ⅳ，李刚，张志宏．蜜蜂的舞蹈一ＺｉｇＢｅｅ的无线网络和应用［Ｊ］．电子产品世界，２００６（１）：８４—８７页降，周枫．基于ｚｉｇＢｅｅ协议的无线温度传感器网络的设计和实现［Ｄ］．南京理工大学硕士论文，２００７ｐ，ＡｍｅｅｒＰ．Ｍ．，ＫｕｍａｒｆｏｒＺｉｇＢｅｅＳｅｎｓｏｒＡ．，Ｍ枷ｕｎａｔｈＤ．，Ｂｏｙｉｎａ２００６．１２ｍＲ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＮｅｔｗｏｒｋＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓＣｌｕｓｔｅｒｓ．ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＮｅｔｗｏｒｋＳｔｒａｔｅｇｙａｎｄＰ１ａＩｌｎｉｎｇＳｙｍｐｏｓｉｕｍ，２００６．ＮＥＴＷＯＲＫＳｎ叫Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ，ＮｏＶ，２００６，ｐ１—６蔡型，张思全．短距离无线通信技术［Ｄ］．综述现代电子技术，２００４（３）：６５—６７页阻Ｕ吕治安．ｚｉｇＢｅｅ网络原理与应用开发［Ｍ］．北京航空航天大学出版社，２００８：８５—８８页阻刁慈新新，王苏滨．无线射频识别（ＲＦＩＤ）系统技术与应用［Ｍ］．人民邮电出版社，２００７：１５．８０页ｎ如Ｔｅｎｅｍｅ哂ｎｇｔｅｄｍｏｌｏｇｉｅｓｍａｔｗｉｌｌｃｈａｎｇｅｍｅｗｏ订ｄ．ＴｅｄｍｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗ．Ｆｅｂ．２００３，Ｖ０１．１０６，ｎｏ．１，ＰＰ．２２－４９．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ＴｅｃｌｌｒｅＶｉｅｗ．ｃｏｍ／ａｎｉｃｌｅｓ／ｅｍｅ呼ｎｇ一０２０３．ａｓｐｎｑ戴敏．基于ＺｉｇＢｅｅ技术的嵌入式家庭网络的研究与设计［Ｄ］．西南科技大学硕士论文，２００８ｎ习蔡猛．基于ＺｉｇＢｅｅ技术的无线非接触式鼠标的研制［Ｄ］．大连理工大学硕士学位论文，２００８基于ｚｉｇＢｅｅ技术的智能仓储管理系统的设计与实现［１６］郝晓萌．基于ｚｉｇＢｅｅ的无线粮情监测系统中路由协议的研究［Ｄ］．北京邮电大学硕士论文，２００９［１７】ＩＥＥＥｓｔｄ．８０２．１５．４．ＷｉｒｅｌｅｓｓＭｅｄｉｕｍｓｐｅｃｉ６ｃａｔｉｏｎｓＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ）ａ１１ｄＰｅｒｓｏｎａｌＡｒｅａＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒ（ＰＨＹ）ｆｏｒＬｏｗＲａｔｅＷｉｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋｓ（ＬＲ－ＷＦＡＮ）．ｈｔｔｐ：／／ｓｔａｎｄａｒｄｓ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｇｅｔｉｅｅｅ８０２／ｄｏｗｎｌｏａｄ／８０２．１５．４—２００３．ｐｄｆ［１８］ＬａｎＭａｒｓｄｅｎ．ＮｅｔＷｏｒｋＬａｙｅｒ０ｖｅⅣｉｅｗＺｉｇＢｅｅＯｐｅｎＨｏｕｓｅ［Ｊ】．Ｃｈｉｃａｇｏ，Ｓ印ｔｅｍｂｅｒ１４．２００５：２５—３７Ｐ［１９］欧杰峰．基于ＩＥＥＥ８０２．４的无线传感器网络组网研究［Ｄ］．浙江大学硕士学位论文，２００６：２０一２５页［２０］ＧｅｅｒＤ．ｕｓｅｒｓｍａｋｅａＢｅｅｌｉｎｅｆｏｒＺｉｇＢｅｅｓｅｎｓｏｒｔｅｅｈｎ０１０９ｙ．ＩＥＥＥＣｏｍＰｕｔｅｒＳｏｅｉｅｔｙ，ｖ３８，ｎ１２，２００５：２５—３７Ｐ［２１］ＴｈｅｏｄｏｒｅＳ．Ｒ．ａｐｐａｐｏｒｔ．ＷｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅ［Ｊ］．Ｐｒｅｎｔｉｃ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