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基于WSN的智能仓储监测系统在中职电子商务专业中的应用研究

信息来源: 发布时间:2021-10-25 点击数:

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近年来,国家越来越重视职业教育的发展,《国家职业教育改革实施方案(职教20条)》中更是明确提出职业教育与普通教育是两种不同类型的教育,具有同等重要的地位。但职业学校的整体投入依然有限,电子商务本身是一个集信息流、资金流、物流为一体的大型贸易过程。在中职学校中,要真正良性并快速的发展电子商务专业除了需要有空间上的支持,更需要资金的支持。

1 研究背景

在电子商务专业中,物流仓储是物流体系中至关重要的环节。而现代仓储体系不仅需要厂房,更需要有现代化的物流仓储系统的支持。由于资金的问题,许多学校电子商务专业中仓储环节都仅仅是停留在简单的厂房,并没有现代化的智能仓储系统,本文以“郑州市信息技术学校电子商务专业”为例,学校的电商专业仓储系统只有学校的一个简单的小厂房,里面存储的物品有易燃易爆品、鲜花、乳制品等需要保鲜的物品,经常会出现下列问题:

(1)需要保鲜的食品由于温度、湿度、光照度等条件的不合适而变质腐烂。

(2)易燃易爆品由于厂房的温度过高或者粉尘过大而小范围自燃。

(3)仓库夜间需要有人专业值守,增加了人力成本。

(4)由于没有专业的仓储系统导致出入库的商品管理不规范,容易出现商品丢失的现象。

因此,本文建立中职学校电子商务专业自己的智能仓储监测系统并且设计相应的组织架构和软硬件设计。

2 概念界定

2.1 WSN

无线传感器网络[1](Wireless Sensor Network,简称WSN)是由大量微型传感器节点组成,这些节点大多具有廉价、能量和处理能力等资源均有限的特点。这些部署在监测区域内的节点形成一个多跳自组织网络,协作地感知、采集和处理监测信息并通过无线方式发送给相关人员。

WSN应用领域主要表现在:军事领域、环境监测和保护、智能交通、智能家居、工业领域等等。

2.2 RFID

RFID[2](Radio Frequency Identification)技术,又称无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,可以通过此技术来管理控制仓库商品的出入库。RFID系统是一种简单的无线系统,它由两个基本器件组成,主要应用于控制、监测和跟踪物体。最基本的系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(即标签)组成。

3 智能仓储监测系统模型

本文通过对大量中职学校的电子商务专业的仓储监测和管理系统的调查研究发现,大部分的中职类院校都存在“厂房结构单一,智能化程度不足,产品存储结构不合理以及安全等方面存在较大隐患等问题”。同时,在现代的中职学校一般采取的都是传统的仓库管理模式和传统的仓储监测系统。

传统仓储监测系统[3]采用的方法主要有人工定点巡检和连续在线监控两种。人工定点巡检方法存在时间和人力成本高、效率低下、数据误差大等弊端。连续在线监控相对人工巡检方法具有稳定可靠、能够提供实时数据、数据传输速率高等优势,但是对于监测点分布广泛、数目众多、监测点的数量和位置经常变动的情况,这种监控方法也存在布线复杂,建设和维护成本较高,不易扩展等缺陷。

基于以上的问题,本文提出的中职电子商务专业智能仓储监测系统模型如图1所示:

图1 基于WSN和RFID的智能仓储系统模型

图1 基于WSN和RFID的智能仓储系统模型   下载原图


此模型由6410网关连接PC电脑,通过协调器和节点板来控制一系统传感器,传感器包括:温湿度传感器、烟雾传感器、光照传感器、人体红外传感器等等。可以采集实时温湿度,光照情况控制和人体红外监测是否有人进入仓库。

4 研究目标和研究过程

4.1 主要研究目标

将无线传感器网络(WSN)和RFID技术应用与中职电子商务专业物流体系中的仓库管理中,通过对易燃易爆品,鲜花等保鲜品的存储条件的调研,设计出一套智能物流仓储系统,并对其软硬件进行设计,最终设计出一整套应用成果,主要能够完成以下功能:

(1)通过RFID技术对电商专业仓库中存放的产品出入库规范管理。

(2)通过WSN技术对仓库中存放的物品的光照、烟雾、湿度等储存条件数据进行采集,在不满足的条件下进行报警。

(3)设置安防模式,在有人进入仓库后报警,确保物品的安全性。

(4)将程序移植到网关中,利用网关实现“中职电子商务专业仓储系统”真正便捷且智能化的数据监控。

4.2 研究过程

(1)实地考察中职电子商务专业物流仓库,对仓库存放的物品进行了详细的数据分析,包括易燃易爆、保鲜品、危险品等物品,并对存放这些特殊的物品需要的温湿度、光照、CO2浓度等条件进行调查,为以后的仓储系统的软件的系统的数据完成提供依据。

(2)本文中,我们还实地考察了郑州市信息技术学校电子商务专业合作的“河南豫鑫物流股份有限公司”的仓库,对他们存放鲜花、易燃品、易碎品等实际的仓储存放条件进行了解,为后期程序设计提供了参考。

(3)设计了利用无线传感器网络(包括:温度传感器、湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、人体红外传感器等等)中的协调器和节点板自组网,进行仓储系统的实时数据采集(包括:温度、湿度、CO2浓度、人体红外)。

(4)将采集的数据进行管理,并设定仓储系统的三种模式:

易燃品保存模式:温度大于60℃,烟雾大于50ppm;

鲜花保鲜模式:温度大于25℃,湿度大于45%,光照大于200lux;

安防模式:监测到人体红外有人。

上面三种情况报警装置亮红灯,并实现实时报警的功能。

(5)将实验结果电脑仿真,完成仓储系统的实时数据采集和控制。

(6)将程序移植到网关中,利用网关实现“中职电子商务专业仓储系统”真正便捷且智能化的数据监控。

5 智能仓储系统软硬件设计

5.1 系统硬件设计

本文利用无线传感器网络(包括:温度传感器、湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、人体红外传感器等等)中的协调器和节点板自组网,进行仓储系统的实时数据采集(包括:温度、湿度、CO2浓度、人体红外)。

采用的硬件设备主要包括:

(1)ARM6410处理器;

(2)温湿度、烟雾、光照、人体感应、报警等多个传感器和节点板;

(3)A8网关;

(4)智能仓储实验操作台一部。

5.2 系统软件设计

本系统操作系统采用Linux系统--Ubuntu10.10系统,开发环境为虚拟机Vmware,QT Creator以及无线传感网实验平台软件。

5.3 数据结构设计

在智能仓储监测系统中一共包含两种数据结构,分别为:静态数据data_A和动态数据data_B。

静态数据数据结构定义如下:


5.4 部分核心代码


将实验结果电脑仿真,完成仓储系统的实时数据采集和控制。最后将程序移植到网关中,利用网关实现“中职电子商务专业仓储系统”真正便捷且智能化的数据监控。

6 实验效果

电脑仿真效果如图所示,正常情况下智能仓储监测系统的状态如图2所示,异常情况下仓储系统如图3所示。

图2 正常情况下智能仓储监测系统

图2 正常情况下智能仓储监测系统   下载原图


图3 异常情况下智能仓储系统

图3 异常情况下智能仓储系统   下载原图


7 问题与思考

传统的仓储环境监控系统存在现场设备众多、布线复杂、可靠性低、管理和维护成本高等问题。传统的仓储监测系统已经无法满足现实生活的需要。

本文所做的工作即为:设计并完成了基于无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)的仓储数据监测系统,并将之运用在“中职电子商务专业”中的“物流仓储系统”中。

本文已经完成了部分功能,在中职电子商务专业中,对仓库的管理还需要有很多的方面,比如立体仓库、仓库动态和静态数据的融合问题,以及需要继续从以下几方面进行完善:

(1)仓库中通常需要空调来调节温度,可在界面中加入空调设置。

(2)安装LED无线传感器设备,通过网关来完成仓库室内LED灯的控制。

(3)设置门禁系统,增加仓库管理的规范性。

(4)尝试使用物联网新技术LORA来增加智能仓储环境监控系统的环境适应性。

在物联网和5G迅猛发展的时代,智能仓储系统为中等职业学校电子商务专业提供了技术性更强的厂房环境监测系统,同时也将物联网专业和电子商务专业融会贯通,为中职学生创新创业提供了良好的实践机会。

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