3.3GSM模块硬件设计
系统采用的 GSM 模块为 SIMCom 公司生产的SIM900A.该模块采用工业标准接口 , 工作频率为GSM/GPRS850/900/1900MHz,可以低功耗实现语音、数据和传真信息的传输[9].其优点如下[10]:
① 尺寸小 , 操作方便 , 只需在卡槽中插入 SIM 即可使用 , 通电后向模块发送 AT 便能控制其工作 , 完全能够满足系统功能的需要 ;
② 省电 , 在 SLEEP 模式下最低耗流只有 1m A;
③ 内嵌 TCP/IP 协议 , 方便用户进行数据传输。
根据 GSM07.07 协议标准 , 对 SMS 的控制共有三种途径 : 最初的 Block Mode、基于 AT 命令的 TextMode 和基于 AT 命令的 PDU Mode[11].因现在手机和GSM Modem 都支持 PDU 模式 , 支持中文 , 为满足系统的通用性 , 本无线监测系统中均采用 PDU Mode.对SIM900A 采用标准的 AT 命令写入。实现与中心服务器的 TCP 连接 , 从而将 Zig Bee 网络汇聚的数据经 GSM网络发送至服务器。
以 物 流 仓 库 盗 情 监 测 为 例 ,Zig Bee 协 调 器 与SIM900A 以串口通信方式连接 , 当人体红外传感器检测到入侵信号时 , 结合 AT 指令 , 报警的具体过程如下 :
① 发送 AT+CMGF=0//PDU 方式发送短信 ;
② 发送 AT+CSCS=“UCS2”// 短信编码方式为UCS2;
③ 发送 AT+CMGS=2D// 短信长度 ;
④ 识别返回 > 后发送下列字符串 :6709 4EBA8FDB 5165 FF01 FF01 FF01;
⑤ 发送十六进制“0x1a”结束此次短信发送过程。
4 仓库安全无线监测系统软件设计
4.1 协调器节点软件设计
协调器是 Zig Bee 无线传感网络的核心 , 同时也是整个港口物流仓库安全监测系统的主控制器。协调器节点的程序基本流程如下 : 设备上电后 , 进行系统初始化操作。设备根据其网络配置文件选择设备类型为协调器 ,协调器首先进行能量检测和信道选择 （ 默认信道为 11），然后申请网络建立。网络层根据设备 64 位 IEEE 地址给设备分配一个 16 位的网络地址和 PAN 标识符来启动网络。网络建立成功后 , 等待 Zig Bee 终端节点加入网络 ,对终端节点发出的加入网络申请进行响应 , 反馈给终端节点确认信息 , 并且分配 16 位的网络地址。随后协调器侦听所有无线信道 , 若有数据 , 则接受数据并进行分析处理 , 同时通过 OLED 显示屏显示信息。若接收数据中存在报警信息 , 协调器将报警信息反馈给 GSM 模块 ,由 GSM 模块将此信息发送至仓库工作人员的手机。
4.2Zig Bee终端节点软件设计
Zig Bee 终端节点的启动过程和协调器启动过程类似 , 但两者的网络配置文件不同。终端节点上电进行初始化 , 扫描信道寻找网络 , 若发现网络则请求加入网络。协调器收到加入请求后经网络层向应用层发送加入确认信息 , 终端节点启动且已经加入网络。
本系统包括四种不同类型的传感器 , 根据其检测数据可以判断是否有险情发生。其中温湿度传感器采集仓库内温湿度数据 , 通过 Zig Bee 终端将数据发送给协调器 , 如果温湿度超过设定阈值 , 则启动空调通风系统 ,保证存放货物有一个适宜的温湿度条件。烟雾传感器检测采集到烟雾含量值 , 若超过阈值则向协调器节点发送报警信息。人体红外热释电传感器则检测输出的电平信号 , 若为低电平 , 表明有人入侵 , 向协调器节点发送报警信息 , 如图 3 所示 , 协调器的 OLED 显示器显示“someto enter”短语，并且发送短信提醒物流仓库的工作人员。火焰传感器同样通过传感器输出的电平信号判断是否发生火灾 , 若为低电平则向协调器节点发送报警信息 , 否则继续等待信号采集。终端节点发送成功则进入休眠状态 , 等待定时器唤醒 ; 若发送失败 , 则继续发送 , 直到发送成功为止。
4.3GSM模块软件设计
在设计 GSM 短信模块的时候 , 主要是对 RXT、TXD、GND 三个引脚对模块进行读写控制 , 通过协调器与短信模块进行 UART 通信。短信息的发送流程如图 4 所示。
5 结束语
本文设计了基于 Zig Bee 技术和 GSM 的港口物流仓库安全无线监测系统。该系统实现了对港口物流仓库火情、盗情和环境参数的实时采集 , 而且将仓库内网通过串口连接 GSM 网络 , 使仓库工作人员能够通过手机监控仓库环境 , 实现了港口物流仓库安全无线监测系统的远程监测。该系统安装方便、使用简单、容易扩展 , 物流仓库管理人员可根据自己的需要设置不同的传感器节点。系统满足了低功耗、低成本的需要 , 有效提高了港口物流仓库管理的现代化水平。
参考文献 :
[1] 梁绒香 . 基于无线传输的粮仓多参数综合监测系统设计 [J]. 自动化技术与应用 ,2014,33（8）：43-47.
[2] 冉彦中 , 曹婧华 .Zigbee 协议星型组网实验的设计与实现 [J]. 实验技术与管理 ,2013,30（2）：101-102.
[3] 章伟聪 , 俞新武 . 基于 CC2530 及 Zig Bee 协议栈设计无线网络传感器节点[J].计算机系统应用，2011,20（7）：184-187.
[4] 赵悦 , 程跃 , 张宏坤等 . 基于 Zig Bee 的温室测控系统设计 [J]. 实验室研究与探索 ,2014,33（12）：131-134.
[5] 常艳星 , 刘成忠 . 基于 Zig Bee 技术的小型粮库突发火情监控系统的设计 [J]. 甘肃农业大学学报 ,2014,（6）：175-180.
[6] 李艳 , 葛年明 , 陈杰 . 基于 Zig Bee 的多传感器物联网无线监测系统设计 [J]. 自动化技术与应用 ,2015,34（1）：47-51.
[7] 李新 . 基于 CC2530 的 Zig Bee 网络节点设计 [J].PLC&FA,2011:97-99.
[8] CC253X User's Guide[EB/OL].2010-06-25.
[9] 沈华东 , 周义 , 张坤 . 基于 GSM 网络的柔性制造车间安防报警系统设计 [J]. 机械设计与制造 ,2009,8（8）：252-253.
[10] 张增林 , 郁晓庆 . 基于 GSM 网络的家庭智能监控器[J]. 微计算机信息 ,2012,28（9）：8-10.
[11] 杜晓婷 , 欧书琴 . 基于 Zig Bee 和 GSM 的城市路灯监控与防盗系统设计 [J]. 长江大学学报 （ 自科版 ），2014,11（34）：65-67.
