周光发1
， 徐大华砭石祛斑泥
2
(1．
摘 要：传统的仓库监控设施需要很多数据和沿仓库分布的电源线，应用复杂的布 线操作，使得系统复杂和昂贵；另外，市面上的仓库防盗器大多报警信号单一，不能 识别系统，报警信号没有无线传输，远距离不能控制。针对上述缺点，提出了基于 STM32 单片机及 N ＲF 905 无线射频传输技术的
仓库报警系统，通过红外和超声波 传感器网络实现了仓库环境参数的实时采集和无线发送接收。该系统结构精简， 有效减少了线缆连接，延长执行器件的寿命，同时具有应用灵活、易于扩展等优点。 关键词：单片机; 无线射频; 超声波; 传感器网络 中图分类号:TP 391 文献标志码:A
文章编号:1006 － 7167(2014)07 － 0277 － 03
Wireless -alarm System of Warehouse Based of Microcontroller
ZHOU G uang -f a 1
， XU Da -hua
2
(1． Dept ． of Forensic Sciences ，Jiangs u P olice Off i cer Col l ege ，Nanj i ng 210012，China ; 2． Col l ege of engineer i ng ，Nanj i ng A gricultural University ，Nanjing 210031，China )
Abstract : Traditional warehouse moni t or i ng facilities need a l ot of data and power dis t r i but i on along the warehouse line ， the appl i cat i on of complex w i r i ng operat i ons ，hence ，t he system is complex and expens i v e ． On the other hand ，t he market warehouse alarm systems most apply s i ngle alarm s i gnal ，people can not recognize the meaning of the al arm ． The alarm s i gnal can not t rans i t w i reless l y ，s o i t can not be control l ed removedly ． I n order t o ov erc om e t hes e shor t com i ngs ， the article res earc hed warehous e alarm system based on t he STM32 m i cr oc ont rol l er ， N ＲF 905 radio frequency t ransm i ss i on ，i nfrared and ultrasonic sensors netw or k ． The system achieves real -t i me acquis i t i on ，and wireles sly sends and receives warehouse environment parameters ． The system can connect warehouse system management i nterface to realize a fast and flexible control of t he w arehous e operat i on ． The system is l ean ， effective in reducing cable connect i ons ，and can extend the life of t he actuat or s ，f l exi bly us e ，and is easy t o expand ． Key words : m i cr oc ont rol l er ; radi o -frequency ; ultrasonic ;sens ors netw or k s
现代工业生产领域的应用不断大幅度增加
［1-3］
。
无线传感器网络是一种集传感器与致动器于一体 由无线媒介连接节点进行分布式传输的网络系统，收 集数据的传感器通过无线网络与计算机系统进行通 信
［4-6］
。在这个以信息为主流的社会，人们需要随时随
地地利用信息技术并享受它们所带来的便利。传统的 有线数据传输系统显然不能满足人们对信息技术便捷 性的要求，相反，无线数据传输系统没有线缆的束缚， 因此可以在仓库内按需求随机布点，任意调整位置。 与有线监控系统相比，具有安装方便、应用灵活、精度
引 言
0 环境数据的实时采集、传输与处理是实施精准监 控的关键，无线射频技术的不断提高，国内外对环境监
控系统的研究日益深入［1-2］
，近几年自动化监控技术在 收稿日期:2013 － 08 － 10
基金项目：国家自然科学基金子项目(60971106 ); 2012 年度江苏 省普通高校研究生科研创新计划项目(C X LX 12_0276)
作者简介：周光发( 1964 － ) ，男，江苏如皋人，硕士，副教授，主研 方向应用数学。T e l ． : 139********; E -ma il :zhouguangfa@ j spi ． edu ． cn
实 验 室 研 究 与 探 索
278 第 33 卷
更高等优点
［6-7］
。
目前，在工业现场数据采集和监控系统中，要使 用大量的基于不同物理机制的传感器，且监控和采集
的对象多而分散。远程多点无线数据传输系统是以 PC 机作为中心控制站，控制数据的采集和现场环境
的监控，完成命令收发和数据信息处理; 而现场则以 单片机和无线数传模块为核心构成现场数据采集系 统， PC 机和现场通过无线数传模块进行数据通信。在 终端报警控制部分包括 51 单片机控制无线接收
模块、上位机控制管理系统与声光报警模块，其硬件总 体结构如图 2 所示。终端报警模块由 51 单片机、蜂鸣
器和液晶显示器、上位机监控界面等组成，
51 单片机 对 N ＲF 905 无线射频接收模块采集的信号进行检测判 断，将数据通过 ＲS233 串口通信模块传输到仓库管理 监控系统进行显示，然后仓库管理监控系统通过分析 接收到的数据是否在正常的范围内，异常即通知单片 机作声光报警。
中心控制站，采用在 W i ndow s 环境下，通过 VC + + 6． 0 中的 MSComm 控件实现软件编程，单片机则采用 运行效率较高的 51 汇编语言，整个系统充分利用了 单片机和 PC 机的各自优势，灵活采用无线数传模块， 从而实现 PC 机和单片机之间的无线数据传输
［10］
。
本文要实现的目标:① 使用基于 N ＲF 905 无线射 频技术的无线传感器网络采集并传输仓库的环境参 量; ② 工作人员需要实时查看仓库管理系统了解仓 库的存储情况并作出分析;③ 无线传感器网络与仓库 管理系统结合实现对仓库环境的监控。
图 2 仓库报警系统-接收部分
仓库无线网络应用
2 红外超声波传感器网络硬件设计
红外光电传感器模块硬件设计如图 3 所示，红外 传感器模块需要 5 V 直流电源供电，故相应输出的高 电平电压也是 5 V ，为了让 STM32 单片机正常采集 3． 3 V 的高电平电压信号，在此使用了 LM393 比较器
进行电压转换，在输出端 A SM1117-3． 3V 先将 5V 电压 转换为 3． 3 V 电压，然后通过上拉电阻就实现了将输
出 5 V 高电平信号强制转换为 3． 3 V 电压输出的脉冲 信号供 STM32 单片机采集。
2． 1 仓库报警系统总体设计
1 仓库报警系统主要由前端警情采集控制与终端报 警控制两大部分组成。
前端警情采集控制包括数据采集模块、
STM32 单 片机控制无线发射模块，其硬件总体结构如图 1 所示。
数据采集模块主要完成仓库监控范围异常信号的采 集，将红外和超声波传感器测得的模拟电信号转换成 数字信号，其中红外传感器网络采集的信号先通过 LM393 比较器比较后产生一个下降沿触发信号，然后 STM32 单片机感知该信号后进行判断是哪个节点出 现异常并且将该信息通过 N ＲF 905 无线射频发射模块 送往终端报警系统；超声波传感器网络采用的是 I O 口 T ＲI G 触发测距，所以设计 555 频率发生器产生 1 kHz 的触发信号使超声波传感器网络一直处于检测中， STM32 单片机使用 PWM 捕捉采集超声波传感器的 ECHO 回显信号，从而知道仓库中检测物品的位置是 否被动过，然后将该信息通过 N ＲF 905 无线射频发射 模块送往终端报警系统。
图 3 红外光电传感器模块电路
超声波模块安装在仓库集装箱中，通过检测仓库
集装箱中的物品离传感器的距离来判断物品是否移动 过，并且将该数据通过 N ＲF 905 无线射频模块
发送给 仓库控制管理系统。硬件模块可提供 2 ～ 400 cm 的非 接触式距离感测功能，测精度可达高到 3 mm ；模块包 括超声波发射器、接收器与控制电路 。
图 1 仓库报警系统-发射部分
周光发，等：基于单片机的仓库存储无线报警系统
279
第 7 期
该超声波模块只需要外部提供一个 10 μS 以上脉 冲触发信号，该模块内部将发出 8 个 40 kHz 周期电平 并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信
号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此 通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得 到距离 。公式 : μS /58 = 厘米或者 μS /148 = 英寸; CS tr i ng 型 变 量，然 后，新建一个串口对 象，利 用 MSComm 控件相应的设置函数，将上面变量的值设置 成串口对象的端口号、波特率、数据位、校验位、停止 位，这样串口对象的初始化便完成了。串口初始化完 成之后，利用 MSComm 控件的 Open 函数打开串口，然 后在中断处理函数 O nC om municat i on 中利用该控件的 Get I nput 函数获取传过来的数据，这样便实现了数据 由下位机传送给上位机的数据采集工作。
数据采集回来后，新建一个 int 型标志位 f l ag ，
并赋初值为 0，判断每次采集到的数据，若是开始位， 则将标志位置 1，若是停止位，则将标志位清 0，然后通 过判断标志位是否为 1 来执行后续操作，若为 1，则先 将采集的数据存入数据库，以备后
来查看用，然后将先 后传过来的数据通过判断是否满足条件实时显示在界
面上，第一个节点的数据中包含有红外传感器的检测 数据和超声波传感器的位移数据，此时界面实现将第 一个节点的红外传感器指示灯点亮并且将超声波传感 器的距离数据显示在相应的文本框里，处理后显示在 进度条中，以此类推，数据的实时显示也达到了，随后 程序中会将采集的数据与设置的比较值进行对比，若 超过了比较值的范围，则按照相似的步骤将命令信号 传输到单片机中控制声光报警。
或是：距离 高电平时间 * 声速 (340 M / S ) /2; 建 = 议测量周期为 60 ms 以上 ，以防止发射信号对回响信
号的影响。
软件设计
系统上电复位后，单片机首先初始化系统，然后软 件查询上位机是否发送开始命令信号。
若上位机发送开始命令信号，则下位机将该命令 通过 N ＲF 905 传输到前端警情采集控制系统使其工 作，前端系统通过 N ＲF 905 定时传输数据到上位机进 行实时监测。
主程序流程框图如图 4 所示。 2． 2 结 语
4 本设计搭建了无线传感器网络和仓库管理监控系
统，并实现了系统的应用性。 无线传感器网络采用 STM32 单片机，使用 N ＲF 905 无线射频技术实现传感 器数据的无线传输。仓库管理界面使得系统更加准确 和易于监控。但该系统推广到复杂环境条件下的仓库 监控可加强以下两方面的研究:① 无线传感器节点之 间和节点与管理系统之间的传输距离应该在增大，并 提高传输数据的速度;② 优化无线传输速率和仓库管 理控制速率的整体结构，以优化整个监测系统。
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图 4 主程序流程框图
仓库管理监控系统界面设计
仓库管理监控系统界面通过 MSComm 控件实现 与串口之间的数据传输，利用该控件的事件驱动方法 可以通知程序缓冲区内是否有数据到达，并利用程序 中 MSComm 相应的函数捕获并处理这些通信事件。
首先，在主对话框界面上添加 MSComm 控件，根 据下位机的端口号、波特率、数据位、校验位、停止位的 值确定上位机界面对应下拉菜单的值，并将这些数据 的值通过 DDX 数据交换机制传递给对应下拉菜单的
3 ［2］ ［3］
实验室研究与探索
280 第33 卷
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