基于4G与物联网技术的仓库远程监控系统的制作方法

本实用新型涉及一种仓库远程监控系统，具体涉及一种基于4G与物联网技术的仓库远程监控系统。

背景技术：

传统仓库管理需要人实时地查看仓库里的安全情况，成本高且效率低，在遇到突发事件相关人员并不能快速作出反应并将损失降低到最低；另外，采用布线组网方式组成的监测系统，存在布线复杂和维护成本高等问题，而且监控点固定，不能移动。传统的仓库监控系统只支持现场设备环境参数调节，不支持远程操作，不能实现在任何地点任何时间远程监控，不能及时处理可能存在的火灾隐患或者不适合货物存储的温湿度等；传统仓库物品的温湿度监控系统通常存在记录点少且不准确、及时性差、难共享和发生异常情况难以调节等问题。另外，传统仓库监测采用GPRS传输数据速度慢且数据内容有限。基于上面所述，传统的仓库监控已不再适应市场要求。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。相对计算机、互联网，物联网是又一次革命性的发展，其发展迅猛，并被广泛应用到工业监控、智能交通和医疗卫生等领域。随着传感器技术和嵌入式技术的快速发展，物联网技术日趋成熟。

4G是集3G与WLAN 于一体，4G网络可达100兆宽带，可为数据、视频传输和云计算提供通信效率保障。4G是如今通信速率最快的通信技术，覆盖范围世界第一，能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。很明显，4G有着不可比拟的优越性。

技术实现要素：

本实用新型是基于物联网的无线传感器网络和4G通信技术构成，对传统的仓库监控技术进行了创新，适应时代发展的潮流，趋于智能化并且能远程控制。本实用新型的目的在于提供一种基于4G与物联网技术的仓库远程监控系统，利用4G技术和物联网技术，实现系统数据无线传输，以实现对仓库的远程监控，使传统的仓库监控向智能化发展。本系统能实时监控仓库内所需的环境参数，对可能出现的不安全因素进行实时和远程报警，以便及时进行远程设备操作或现场处理，将仓库损失降到最低，以解决现有技术存在的上述问题。

解决上述问题的技术方案是：一种基于4G与物联网技术的仓库远程监控系统，该系统包括终端节点、路由器节点、协调器节点和远程管理平台；

所述终端节点包括ZigBee模块Ⅰ、传感器模块、电源模块Ⅰ和OLED显示屏，用于采集、处理和无线传输仓库环境的数据；

所述ZigBee模块Ⅰ用于接收传感器模块采集到的仓库环境的数据；

所述传感器模块包括火焰传感器、烟雾传感器、温湿度传感器和人体红外传感器，用于采集仓库环境监控所需的数据；

所述电源模块Ⅰ用于给ZigBee模块Ⅰ、传感器模块及OLED显示屏供电；

所述OLED显示屏与ZigBee模块Ⅰ连接，用于显示当前的火源、可燃气体浓度、温湿度和有无人的仓库环境参数信息；

所述路由器节点采用ZigBee模块，设置在终端节点与协调器节点之间，用于接收终端节点的数据并转发给协调器节点；

所述协调器节点包括ZigBee模块Ⅱ、STM32F103ZET6微处理器、4G模块、TFT触摸屏、SD卡、报警模块和设备控制模块；

所述ZigBee模块Ⅱ与STM32F103ZET6微处理器连接，通过路由器节点接收传感器模块检测到的数据进行汇总，并将接收到的数据传送给STM32F103ZET6微处理器；

所述STM32F103ZET6微处理器还分别与TFT触摸屏、4G模块、SD卡、报警模块和设备控制模块连接，用于接收ZigBee模块Ⅱ的数据并进行相应的分析和处理，也用于发出指令给报警模块和设备控制模块，以及将处理完的数据通过4G模块上传到远程管理平台；

所述4G模块与STM32F103ZET6微处理器通过串口连接，用于将STM32F103ZET6微处理器发来的数据通过无线通信传输到远程管理平台；

所述SD卡用于存储STM32F103ZET6微处理器中的数据；

所述TFT触摸屏为人机交互的媒介，用于显示仓库环境的实时数据和历史数据，用户通过触摸屏进行相应功能操作；

所述报警模块用于接收STM32F103ZET6微处理器发出的指令，当环境参数异常时，启动现场报警器及给远程智能手机或是电脑发送报警信号；

所述设备控制模块用于接收STM32F103ZET6微处理器发出的指令，当环境参数异常时，启动相应仓库现场设备来调节仓库环境的温湿度和通风；

所述远程管理平台为物联网开发平台，用于接收、存储协调器节点发送的数据，再将接收到的数据发送至智能手机或电脑；所述智能手机或电脑通过进入相应的网页，实现对仓库监控系统的远程控制。

其进一步技术方案是：所述火焰传感器采用型号为Flame Sensor火焰传感器；所述烟雾传感器采用型号为MQ-2烟雾传感器；所述温湿度传感器采用型号为DHT11温湿度传感器；所述人体红外传感器采用HC-SR501人体感应模块；所述4G模块采用USR-LTE-7S4型芯片作为远程通信模块。

其进一步技术方案是：所述电源模块Ⅰ采用可充电电池。

其进一步技术方案是：所述设备控制模块主要由通风换气设备、空调设备和空气加湿器的控制模块组成。

由于采用上述技术方案，本实用新型之基于4G与物联网技术的仓库远程监控系统有以下特点和有益效果：本实用新型是基于现有技术条件下提出的设计，可以很好的解决现有仓库监控的短板。利用4G技术和物联网技术，实现系统数据无线传输，以实现对仓库的远程监控，使传统的仓库监控向智能化发展。本系统能实时监控仓库内所需的环境参数，对可能出现的不安全因素进行实时和远程报警，以便及时进行远程设备操作或现场处理，将仓库损失降到最低。所有监测数据通过4G网络还可上传远程管理平台（如：云端服务器），供有关工作人员实时分析和监测。在仓库环境异常及非法入侵的情况下，系统进行相应形式的报警，提醒管理人员进行远程处理或现场操作，避免了仓库在防火、防潮、防腐和防盗等存在的隐患，具有一定的应用价值。

本系统具有体积小、安装维护简单、节点灵活和功耗低等优点，有良好的实用性。本系统运行稳定，数据可靠，实时性高。一定程度上解决了传统仓库监测布线困难、后期维护成本高和功耗高等问题，该系统满足低功耗、低成本的要求。

ZigBee技术具有协议简单，实现相对容易，满足低功耗和低成本的要求，而且适合终端设备大量组网，在物联网产业具有广泛的应用价值。

下面，结合附图和实施例对本实用新型之基于4G与物联网技术的仓库远程监控系统的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1是本实用新型之基于4G与物联网技术的仓库远程监控系统设计原理图；

图2是本实用新型的终端节点的硬件结构框图；

图3是本实用新型的协调器节点的硬件结构框图；

图4是本实用新型的终端节点的电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于4G与物联网技术的仓库远程监控系统，该系统包括终端节点、路器由节点、协调器节点和远程管理平台。

所述终端节点是本监控系统的基本组成单元，可以有多个。所述终端节点包括ZigBee模块Ⅰ、传感器模块、电源模块Ⅰ和OLED显示屏，具有采集、处理和无线传输仓库环境的数据等功能，参见图2。

所述ZigBee模块Ⅰ用于接收传感器模块采集到的仓库环境的数据。本系统的ZigBee模块Ⅰ选用CC2530单片机，CC2530核心板内置了业界标准的增强型8051 CPU，同时支持IEEE 802.15.4协议的RF无线射频单片机，其工作频率为2.4GHz。由于CC2530具有不同的运行模式，模式之间的转换时间短，特别适应超低功耗要求的系统。当ZigBee通信模块在空闲时迅速进入低功耗模式，降低能耗。

所述传感器模块包括火焰传感器、烟雾传感器、温湿度传感器和人体红外传感器，用于采集仓库环境监控所需的数据。火灾监测通过型号为Flame Sensor火焰传感器和型号为MQ-2烟雾传感器来监测；选择型号为DHT11温湿度传感器来采集仓库的温湿度，判断此时温湿度是否合适存储货物，从而保证货物的仓储质量；人体红外传感器采用的是HC-SR501人体感应模块，监测仓库内有无人，实时了解人员流动情况。

所述电源模块Ⅰ用于给ZigBee模块Ⅰ、传感器模块及OLED显示屏供电；所述电源模块Ⅰ采用的是可充电电池，经过AMS1117-3.3变压为3.3V为板上的芯片、外设等供电。

所述OLED显示屏与ZigBee模块Ⅰ连接，采用的是0.96寸OLED显示屏，分行显示当前的火源、可燃气体浓度、温湿度和有无人等仓库环境参数信息。

所述路由器节点采用ZigBee模块，设置在终端节点与协调器节点之间，用于接收终端节点的数据并转发给协调器节点；所述路由器节点是ZigBee网络中的中继站，能够实现与其他节点的消息转发功能，提高传输距离，用于多级跳通信。鉴于某些仓库面积大或者提高通信传输准确率，可增加路由器节点。

所述协调器节点是整个ZigBee网络各节点的数据汇集中心，负责信息的接收、处理以及网络的组建。参见图3，所述协调器节点包括ZigBee模块Ⅱ、STM32F103ZET6微处理器、4G模块、TFT触摸屏、SD卡、报警模块、设备控制模块和电源模块Ⅱ；协调器节点具有ZigBee网络的最高权限，负责组建ZigBee网络，允许节点加入网络和绑定。

所述ZigBee模块Ⅱ与STM32F103ZET6微处理器连接，通过路由器节点接收传感器模块检测到的数据进行汇总，并将接收到的数据传送给STM32F103ZET6微处理器。

所述STM32F103ZET6微处理器为协调器节点的主处理器，具有32位高性能ARM Cortex-M3处理器，有144个引脚，最大时钟频率为72MHz，FLASH为512K。该STM32F103ZET6微处理器芯片供电电压为2.0V至3.6V，提供睡眠、停止和待机三种低功耗模式，满足低功耗和复杂的数据处理能力要求。所述STM32F103ZET6微处理器还分别与TFT触摸屏、4G模块、SD卡、报警模块和设备控制模块连接，用于接收ZigBee模块Ⅱ的数据并进行相应的分析和处理，也用于发出指令给报警模块和设备控制模块，以及将处理完的数据通过4G模块上传到远程管理平台。

所述4G模块与STM32F103ZET6微处理器通过串口连接，用于将STM32F103ZET6微处理器发来的数据通过无线通信传输到远程管理平台。本系统的4G模块选用USR-LTE-7S4型芯片作为远程通信模块，利用4G覆盖范围广、数据传输速度快和带宽大的特点，保证了远程操作的实时性。

所述SD卡用于存储STM32F103ZET6微处理器中的数据；因为考虑到协调器节点作为数据汇集中心，而STM32F103ZET6微处理器的FLASH只有512K，因此通过SPI接口外接一个SD卡，方便用户查看历史数据。

所述TFT触摸屏为人机交互的媒介，可以现场显示仓库环境的实时数据和历史数据，用户通过触摸屏进行相应功能操作，例如进行参数设置等。当仓库的某些安全指标超过标准值，系统则会在触摸屏上显示报警节点和超出数值，并通过蜂鸣器进行声音报警，同时通过4G模块发送给手机和远程管理平台。

所述报警模块用于接收STM32F103ZET6微处理器发出的指令，当环境参数异常时，启动现场报警器及给远程智能手机或是电脑发送报警信号。报警分为现场蜂鸣器报警和远程手机电脑报警。一旦检测到数据发生异常，就会发出报警信号。

所述设备控制模块用于接收STM32F103ZET6微处理器发出的指令，当环境参数异常时，启动相应仓库现场设备来调节仓库环境的温湿度和通风。

所述电源模块Ⅱ采用有线电源方式给协调器节点供电。是因为所述协调器节点在运行过程中，协调器节点需要完成大量的数据接收、处理与发送任务，其电量消耗大，为了确保系统可靠运行，因此供电电路采用有线电源方式供电。

所述远程管理平台为物联网开发平台，用于接收、存储协调器节点发送的数据，再将接收到的数据发送至智能手机或电脑；所述智能手机或电脑通过进入相应的网页，实现对仓库监控系统的远程控制。所述物联网开发平台采用B/S结构进行Web页面设计，数据通过Web页面与数据库进行交互操作，实现数据远程实时显示、统计分析和历史查询等，从而实现仓库远程监控与预测。

所述设备控制模块主要由通风换气设备、空调设备和空气加湿器等控制模块组成。所述设备控制模块用于控制现场设备（通风换气设备、空调设备和空气加湿器等）的运行。

本实用新型的仓库监控系统搭建是由STM32F103为主控芯片，主要由终端节点、路由器节点、协调器节点、远程管理平台等模块组成。本系统以传感器为信息获取单元，将采集到的数据通过ZigBee无线传感器网络传输到协调器节点，再利用4G技术将数据传输到远程管理平台，系统可以采集到火源、烟雾浓度、温度、湿度和有无人等信息，同时有报警功能，还可以通过手机或者电脑进行远程现场设备调节，实现一种实时性强的仓库安全监控与预测。

本实用新型是基于4G通信技术和物联网技术，实现系统数据无线传输，以实现对仓库的远程监控，使传统的仓库监控向智能化发展。本系统能实时监控仓库内的各种环境参数，对可能出现的不安全因素进行实时和远程报警，以便及时作出应对措施，将仓库损失降到最低，同时该系统具有成本低的特点。所有监测数据通过4G网络还可上传云端服务器，供有关工作人员实时分析和监测。在仓库环境异常及非法入侵的情况下，系统进行相应形式的报警，提醒管理人员进行远程处理或现场操作。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。