物联网的仓储环境控制系统设计
摘 要 基于物联网的仓储环境控制系统是指使用WSN和普及传感器的方式来达到对仓储系统进行有效的管理控制，能够提高仓储管理的执行效率，减少实际运营成本。 本文首先总结了物联网目前的最新方向，并分析了仓储管控物联网化的构成以及作用，给出了基于物联网仓储管控环境的结构，重点强调了物理网多方向多功能，硬件方面讲解了对于传感器的安放以及选择，从软件方面选择合适的管理OS以及合适的网络进行数据交换，最后对信息交换分析进行了探讨和展望。 另外对部分参数进行了调试，系统可以直观的看到多方面多角度的传感器信息，一定程度上需要人工值守，数据量还是很惊人的。 随着中国的物联网技术的发展，越来越高效、智能和低成本，必将促使物联网技术在仓储领域的推广和应用。摘 要 1
目 录
第一章 引言 1
1.1 物联网研究中的相关技术 1
1.1.1 物联网包含的关键技术—RFID 1
1.1.2 RFID的分支SmartRoom技术 2
第二章 仓储环境控制与物联网的系统分析 3
2.2仓储设备自动控制与安全监控系统 4
第三章 基于物联网的仓储环境控制系统硬件设计 5
3.1 基于EPC的物联网系统 5
3.1 WSN与EPC结合的可行性分析 8
3.2 智能物流仓储系统的具体组合 8
3.3系统结构 9
3.3.1 多功能结点 10
3.3.2 信息分层处理 10
3.4 仓储管理系统的硬件布局方案 11
第四章 仓储管理系统的软件调试 15
4.1 仓储管理系统软件结构分析 15
4.2 传感器网络与检测技术 16
4.3 仓储管理系统实施过程中的问题和建议 19
致 谢 22
参考文献 23
附录 24
第一章 引言
仓储是物流运作的重要部分，现代仓储系统配备了各种先进的物流设施，相应的配套设备可以达到过程化管理信息系统(PMS)、自动控制系统(AMCS)和安全监控系统(SSS)的需求。为了保障存储的安全性和效率性、易于
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管理和控制一体化，自动控制系统将原本单独管理的存储设备和信息系统，组合成为一个新的整体。射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)与无线传感器网络(WSN)（Wireless Sensor Networks, WSN ）技术目前在物流领域应用的比较多。无线射频识别技术(RFID)是基于物联网的重要技术组成，在物流领域的识别和设备管理方面具有广阔的应用前景，在环境情况和设备运行状态监测中的使用中，具有先天性的科技长处。结合无线传感器网络(WSN)技术和无线射频识别技术(RFID)，对仓库管理与控制系统的设计更有帮助。
1.1 物联网研究中的相关技术
国际电信联盟报告提出物联网主要有四个关键性的应用技术：标签事物的RFID, 感知事物的传感网络技术(Sensor technologies), 思考事物的智能技术(Smart technologies), 微缩事物的纳米技术(Nanotechnology—RFID), 传感器, 智能技术。
1.1.1 物联网包含的关键技术—RFID
RFID(radio frequency identification, 射频识别) 射频识别是一种非接触式自动识别技术。通过射频信号自动识别目标对象并获取相应数据。RFID技术可以识别高速运动中的物体，同时具有识别多个标签的能力，快便快捷。无线射频识别技术配合互联网通信等技术，可以实现全球范围内的货物跟踪和信息共享。
电子标签是一种基于新型无源电子卡塑料IC封装并结合了天线技术的产品；具有体积小、重量轻、防水、防磁、无线无源、数据存储寿命长、和安全防伪等特征；是近十年开发的新产品，是可能未来几年取代条码为核心技术之一的“物联网”时代产物。能量的无线传输，与读写器之间的时间数据（即PCE）和电子标签（即PICC卡）是由电磁感应现象引起的。多个PICC卡可以在PCD天线范围内共同工作。依靠防碰撞PICC卡可以较为准确地识别每一张卡片，而PICC技术要解决的关键问题在于准确度。
RFID的技术标准主要是由ISO和IEC制定的。几种射频技术标准可用于射频卡的ISO/IEC10536，ISO / IEC 14443，ISO / IEC 15693和ISO /IEC18000。大多数应用程序都是基于ISO / IEC 14443和ISO/IEC型，它由4部分组成：物理特性、射频功率和信号接口、初始化和防冲突和传输协议。
射频识别技术主要有3个部分：
标签（标签 Statics）：具有独立的电子识别码的标签，基本是由耦合元件和芯片组成，与终端设备配对识别；
阅读器（读写器 Reader）：常见为的种类有手持式或固定式，一般是只读型（部分可写）标签信息的设备，；
天线（天线 Antenna）：作为标签和阅读器间的射频信号传输介质。射频识别技术难点和存在的问题可以概括如下：
1)RFID 反碰撞防冲突问题;2)RFID 天线研究; 3)工作频率的选择; 4)安全与隐私问题.
1.1.2 RFID的分支SmartRoom技术
SmartRoom符合IEEE802.15.4标准局域网协议，特征是适用距离短，功耗消耗低，安装简易化和数据传率低等，本身是ZigBee无线通信的一种分支。是一种低速短距离传输的无线网络协议。
1，低功耗。在低功耗模式待机时，普通的纽扣CRC2电池可以让6个以上的节点工作两年，甚至更长的时间，当节点非工作时间会自动睡眠以节能。相较之下，蓝牙技术只能工作几周，WiFi只有几个小时的使用时间。
2、成本低。通过简化版本的协议方式，降低对于通信控制器的传输硬件要求。参考预测性能分析，以C8051的8位CPU的估计，可以把主节点主程序简化到的32KB，子节点子程序代码简化少至4KB，代码容量的减少，更适合于CPU处理的智能家居。
3、低速率带宽。工作带宽在20 ~ 250kbps的速率之间，更适用于2G、3G、4G、WiFi和远程控制等网络。
4、近距离。因为信号衰减的原因，所以传输范围一般为10～100m内，发射功率强行增加后，可增加到1 ~ 3km，不过这时的输入功率会提高很多。当然这里指的是相邻节点之间的直线传输距离。如果存在中继路由之类的通信通道，传输距离可以变的更远。
5、低延迟。响应速度更为迅速，从睡眠工作状态转变为唤醒状态只需要15ms的衰减，节点接入到网络系统中只需30ms，从而进而减少能源的消耗。可以对比参考的是，蓝牙需要3 ~ 10s，WIFI需要3秒。
6、高容量。因为采用星形、片状和网状网络，这是由一个主节点，多个从节点的管理，可以通过使用网络节点的上层拓扑管理，最多可以达到65535个节点。
目 录
第一章 引言 1
1.1 物联网研究中的相关技术 1
1.1.1 物联网包含的关键技术—RFID 1
1.1.2 RFID的分支SmartRoom技术 2
第二章 仓储环境控制与物联网的系统分析 3
2.2仓储设备自动控制与安全监控系统 4
第三章 基于物联网的仓储环境控制系统硬件设计 5
3.1 基于EPC的物联网系统 5
3.1 WSN与EPC结合的可行性分析 8
3.2 智能物流仓储系统的具体组合 8
3.3系统结构 9
3.3.1 多功能结点 10
3.3.2 信息分层处理 10
3.4 仓储管理系统的硬件布局方案 11
第四章 仓储管理系统的软件调试 15
4.1 仓储管理系统软件结构分析 15
4.2 传感器网络与检测技术 16
4.3 仓储管理系统实施过程中的问题和建议 19
致 谢 22
参考文献 23
附录 24
第一章 引言
仓储是物流运作的重要部分，现代仓储系统配备了各种先进的物流设施，相应的配套设备可以达到过程化管理信息系统(PMS)、自动控制系统(AMCS)和安全监控系统(SSS)的需求。为了保障存储的安全性和效率性、易于
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管理和控制一体化，自动控制系统将原本单独管理的存储设备和信息系统，组合成为一个新的整体。射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)与无线传感器网络(WSN)（Wireless Sensor Networks, WSN ）技术目前在物流领域应用的比较多。无线射频识别技术(RFID)是基于物联网的重要技术组成，在物流领域的识别和设备管理方面具有广阔的应用前景，在环境情况和设备运行状态监测中的使用中，具有先天性的科技长处。结合无线传感器网络(WSN)技术和无线射频识别技术(RFID)，对仓库管理与控制系统的设计更有帮助。
1.1 物联网研究中的相关技术
国际电信联盟报告提出物联网主要有四个关键性的应用技术：标签事物的RFID, 感知事物的传感网络技术(Sensor technologies), 思考事物的智能技术(Smart technologies), 微缩事物的纳米技术(Nanotechnology—RFID), 传感器, 智能技术。
1.1.1 物联网包含的关键技术—RFID
RFID(radio frequency identification, 射频识别) 射频识别是一种非接触式自动识别技术。通过射频信号自动识别目标对象并获取相应数据。RFID技术可以识别高速运动中的物体，同时具有识别多个标签的能力，快便快捷。无线射频识别技术配合互联网通信等技术，可以实现全球范围内的货物跟踪和信息共享。
电子标签是一种基于新型无源电子卡塑料IC封装并结合了天线技术的产品；具有体积小、重量轻、防水、防磁、无线无源、数据存储寿命长、和安全防伪等特征；是近十年开发的新产品，是可能未来几年取代条码为核心技术之一的“物联网”时代产物。能量的无线传输，与读写器之间的时间数据（即PCE）和电子标签（即PICC卡）是由电磁感应现象引起的。多个PICC卡可以在PCD天线范围内共同工作。依靠防碰撞PICC卡可以较为准确地识别每一张卡片，而PICC技术要解决的关键问题在于准确度。
RFID的技术标准主要是由ISO和IEC制定的。几种射频技术标准可用于射频卡的ISO/IEC10536，ISO / IEC 14443，ISO / IEC 15693和ISO /IEC18000。大多数应用程序都是基于ISO / IEC 14443和ISO/IEC型，它由4部分组成：物理特性、射频功率和信号接口、初始化和防冲突和传输协议。
射频识别技术主要有3个部分：
标签（标签 Statics）：具有独立的电子识别码的标签，基本是由耦合元件和芯片组成，与终端设备配对识别；
阅读器（读写器 Reader）：常见为的种类有手持式或固定式，一般是只读型（部分可写）标签信息的设备，；
天线（天线 Antenna）：作为标签和阅读器间的射频信号传输介质。射频识别技术难点和存在的问题可以概括如下：
1)RFID 反碰撞防冲突问题;2)RFID 天线研究; 3)工作频率的选择; 4)安全与隐私问题.
1.1.2 RFID的分支SmartRoom技术
SmartRoom符合IEEE802.15.4标准局域网协议，特征是适用距离短，功耗消耗低，安装简易化和数据传率低等，本身是ZigBee无线通信的一种分支。是一种低速短距离传输的无线网络协议。
1，低功耗。在低功耗模式待机时，普通的纽扣CRC2电池可以让6个以上的节点工作两年，甚至更长的时间，当节点非工作时间会自动睡眠以节能。相较之下，蓝牙技术只能工作几周，WiFi只有几个小时的使用时间。
2、成本低。通过简化版本的协议方式，降低对于通信控制器的传输硬件要求。参考预测性能分析，以C8051的8位CPU的估计，可以把主节点主程序简化到的32KB，子节点子程序代码简化少至4KB，代码容量的减少，更适合于CPU处理的智能家居。
3、低速率带宽。工作带宽在20 ~ 250kbps的速率之间，更适用于2G、3G、4G、WiFi和远程控制等网络。
4、近距离。因为信号衰减的原因，所以传输范围一般为10～100m内，发射功率强行增加后，可增加到1 ~ 3km，不过这时的输入功率会提高很多。当然这里指的是相邻节点之间的直线传输距离。如果存在中继路由之类的通信通道，传输距离可以变的更远。
5、低延迟。响应速度更为迅速，从睡眠工作状态转变为唤醒状态只需要15ms的衰减，节点接入到网络系统中只需30ms，从而进而减少能源的消耗。可以对比参考的是，蓝牙需要3 ~ 10s，WIFI需要3秒。
6、高容量。因为采用星形、片状和网状网络，这是由一个主节点，多个从节点的管理，可以通过使用网络节点的上层拓扑管理，最多可以达到65535个节点。
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