无线传感网络.docx

无线传感网络技术在智能物流中的设计分析班级：信息122硕 学号：2121080 姓名：褚洪武摘要:无线传感器网络是信息技术中一种全新的信息获取和处理技术，无线传感网络在基础设施安全、生态环境监控、物流管理、智能交通控制以及工业和军事领域等都具有十分广泛的应用。无线传感器网络在智能物流中的应用能够通过运用节点网络协同感知、处理和传输采集数据以及通过网关接入外部网络等特点，从而能够使人们方便快捷的获取感知区域的行为和信息，以达到提升物流的智能化和信息化的水平。这里具体进行分析无线传感器在智能物流中的设计及应用。关键词:无线传感器网络；智能物流；硬件系统；软件系统Application of Wireless Sensor Networks in IntelligentAbstract: The wireless sensor network, as a new information acquisition and processing technology, is widely applied in infrastructure security, ecological environment surveillanceand control, logistics management, intelligent traffic control as well as military and industryfields. Wireless sensor network in the intelligent logistics application, by using node networkcooperative perception, processing and transmission of collected data as well as access to externalnetwork through the gateway, enables the people to conveniently and quickly obtain the behaviorand information of sensing regions, thus to promote the level of logistics intelligence andinformation. This paper specifically discusses the design and application of wireless sensor inintelligent logistics.Key words:wireless sensor network; intelligent logistics; hardware system; software system0 引言物流主要是指物质实体从供应者想需求者的物理移动，其有创造空间价值和时间价值等一系列的经济活动组成。但是目前由于物流的经济活动缺乏先进的货物状态监测手段，在货物运输的过程中主要有运输人员定期对货物的状态进行检测并通报，这种管理方式对货物管理具有很大的漏洞，并且人为过失造成安全事故也不可避免，因此提出采用无线传感器网络和无线数据传输技术的物流运输装备智能监控系统和跟踪系统，从而达到货物在物流的过程中的透明状态监控，使其的可视化程度以及运输过程中数据的传输的准确性和及时性不断的得到提高，以保证货物运输的安全性。1 无线传感网络技术1.1无线传感网络的定义无线传感器网络是由部署在监测区域内部或附近的大量廉价的、具有通信、感测及计算能力的微型传感器节点通过自组织构成的“智能”测控网络。无线传感器网络在军事、农业、环境监测、医疗卫生、工业、智能交通、建筑物监测、空间探索等领域有着广阔的应用前景和巨大的应用价值，被认为是未来改变世界的十大技术之一、全球未来四大高技术产业之一。1.2无线传感器网络在本系统中的应用无线传感器网络在本系统的作用是传输数据信息。 优点：将无线传感器网络技术、GPS、GIS技术集为一体，很好地实现了物流管理信息系统的实时跟踪监测。在每个车辆都安装一部无线传感器，用RFID读写器扫描装入货车的货品上的电子标签并将所有货品信息数据传感器，多个安装有无线传感器的车辆就形成了无线传感器网络，这样的网络就是一个网状网络，网络中的每一个节点通过无线通信技术相互进行信息的传递，每个网络都有作为无线网关的传感器节点，该节点具有对来自网络中所有传感器节点的数据进行融合，信息通过无线网络传入中心数据库。无线传感器网络结构如图1所示：图1 无线传感器网络结构图由于每个车辆都有传感器节点，网络中的众多传感器节点就形成了一个个无线传感器网络，传感器节点收集数据发送给无线网关节点（网络中离服务器最近的传感器节点），无线网关节点对数据进行处理后，采用无线广域网通信技术（GSM-GlobalSystemforMobileCommunications，全球移动通讯系统）与跟踪网络通信，实现把数据发给中心服务器，中心服务器把这些数据存储在一个实体数据库（中心数据库）中，可对车辆/货物信息实时更新。网络中心既可为车辆计算最优送货路径，也可以对所有货物信息进行实时掌握1.3 物流路径调度与无线传感器网络结合的必要性物流是一个较新的行业，是伴随电子商务、网络化、人们购物习惯改变而产生的现代服务业。在城市物流成本中，运输和车辆配送的费用占有很大比重。我国的物流业起步较晚，在车辆调度方面的技术比较薄弱，基本上还处于凭经验进行调度的阶段。伴随连锁商业、大型卖场等现代流通业、电子商务和电话购物等业态的发展，城市物流配送面临着诸多问题：城市道路网日趋复杂、交通管制、交通拥堵、客户订单数量增长、客户地点不断变动、客户收取货时间窗变化、配送车辆增多等等，造成运输资源管理难度大、车辆利用率低、员工工作强度增加、成本日益升高、盈利水平下降的难题。一、物流路径调度与无线传感器网络结合的好处将无线传感器网络应用于物流路径调度中可以以较少的车辆、较短的里程、较低的运输费用、较短的时间、较高的满意度，把科学地配送路线线路发给送货的车辆，生成装车单和派车作业单，协同仓库部门一起配送任务。可以将送货过程中的各项信息输入数据库，实时监督物流运输状况。二、智能化运输调度对于物流企业的重要性对于物流中心和第三方企业的货运配送，运输车辆的调度是工作的重点。正确合理的调度可以有效减少车辆的空驶率，实现合理路径运输，从而有效减少运输成本，节约运输时间，提高经济效益。智能化的调度离不开智能化的运输管理系统，智能运输系统（IntelligentTransportationSystem，ITS）的核心是应用现代的通信、信息、网络、控制和电子等技术，建立一个高效的运输系统。智能运输与物流管理作为一个快捷可靠的运输网络，降低了物流成本；反过来，物流管理也为智能运输产品与服务开辟了巨大的市场，可促进智能运输的发展。配送线路选择的是否合理，直接决定了配送的速度、成本及总体效益。因此，智能化的调度首先要确定科学的配送线路。合理运输就是用最少的运力，走最短的里程，花最少的费用，经最少的环节，以最快的速度将货物送到客户的手中。影响运输路线设计的因素很多，主要包括运输距离，运输工具，运输时间，运输费用等。但是这么多的目标不可能完全达到，也就是说，运输路径的选择，没有绝对的最优，只有相对的最优。2 智能监测与跟踪系统的总体设计物流运输跟踪系统以及智能物流监测系统的设计的总体结构如下述，物流运输智能监测与跟踪系统主要有无线传感器监测网络、数据传输网络以及监控中心等几个部分组成，其中物流运输智能监测系统的基站主要是负责数据的远程传输，也可以为传感器的节点提供通信，监控系统主要负责分析数据，对货物的行为状态以及货物的运输的安全性以及完整性等进行实时的监控跟踪，其中在智能物流监控和跟踪系统中主要采用无线传感器监测网络，其也是整个系统的核心，无线传感器网络的作用主要是负责货物状态数据的采集，物流异常行为内对物流的状态进行控制。无线检测节点的作用主的检测，因此用户可以实时了解在信号覆盖的区域要是运用无线通信模块向汇聚节点传输目前的检测数据。总之，在智能物流监控系统和跟踪系统采用无线传感器以及无线数据传输技术进行设计的过程中能够通过无线传感技术准确的实现对车内的产品的参数进行实时监控，并且还能够实现本地和远程实时的监控以及报警，从而能够最大限度预防和避免由于运输环境而造成货物的品质受到损失。3 智能物流系统的硬件设计3.1 智能物流的无线通信模块设计在利用无线传感器网络进行设计智能物流时，对于智能物流的无线通信电路设计的过程中，主要采用ZigBee 技术的无线射频系统进行设计，ZigBee技术的无线射频系统是CC2530 系统，是TI 公司推出的可以实现的ZigBee 应用的片上系统，ZigBee技术的无线射频技术结合了Chipcon 公司的先进的ZigBee 工具包、协议栈以及参考设计，并且CC2530的无线射频的无线模块具有2.4 GHz，完全兼备物理层、硬件层，所以在智能物流设计的过程中采用这种系统能够通过对现有的规范的物理层和媒体访问控制层实现无线通信。并且CC2430 的无线射频系统也适用于能耗非常低的系统中，其主要是使用两个晶振，其中一个主要供节点在正常工作的情况下使用，而另外一个节点主要是供节点在休眠状态时使用，并且因为CC2530 具有多种工作模式，在对智能物流的无线通信在低功耗工作的模式时其工作电流可以低到0.6 A。3.2 无线传感器节点的设计无线传感器节点是无线传感器网络的基本单元，在智能物流设计的过程中，无线传感器节点的作用是负责信息或者传感的预处理，并实现响应上位机的接收或者发送的数据以及指令等。在对无线传感器节点进行设计时根据其应用的环境、节点的性能以及功耗等，将其分为能量供应模块、无线通信模块、传感器模块以及处理器模块等。其中处理器模块是指无线传感器节点的核心，其主要作用是为整个无线传感器节点进行高分配任务，控制设备的状态、实现数据的传输以及整合等多种任务。无线通信模块的主要作用是负责处理无线通信中载波频段的选择、数据传输速率以及编码方式和调制信号等，从而实现节点之间的无线通信。无线传感器节点设计的结构框架如图2所示。图2 无线传感器节点的结构框架图3.3 温度传感器模块的设计在智能物流设计的过程中对于无线温度传感器主要采用CC2530 上的模拟温度传感器SHT11，其信号的变换、温度感测以及湿度感、加热器等功能集成在一个芯片上，这样不仅能够将节点设计小巧，功耗低，而且读数也非常便捷。这种模拟传感器芯片主要包括一个由电容性聚合体制成的湿度敏感元件，还包括一个采用能隙材料制作成的敏感元件。这两个湿度敏感元件的作用主要是将温度和湿度转换为电信号。其中在SHT11出厂前要在恒温的环境以及恒湿的环境中进行校对，并将校对好的数据放在存储器中，党SHT11 在对货物进行测量的过程中，校对系统就会自动校对。SHT11 与处理器的数据通信主要是通过两条平行线实现的，SHT11 中的SCK数据线主要是负责其与处理器之间的通讯同步，而DATA三态门主要是用于读取数据。在数据的传输过程中，SCK时钟如果保持高电平时，则DATA就必须保持稳定。在对智能物流中温度传感器模块进行设计的过程中，为了避免出现信号冲突的现象，对于稳定传感器模块中的微处理器应驱动DATA 在低电平，并且还应该有一个10 k的外部上拉电阻将其信号提升到高电平。其中CC2530 与SHT11 的连接图如图3 所示：图3 CC2530与SHT11的连接图4 智能物流软件的设计4.1 无线传感节点程序的流程采用无线传感器网络进行设计智能物流系统的过程中，首先应该根据其具体的应用场合进行合理设计其硬件系统和软件系统，其中智能物流的软件系统的网络的拓扑主要采用星型结构进行设计的，其中智能终端主要担任网络协调器，其就如同是无线传感器网络中的FFD节点。在系统复位时，传感器的几点首先进行硬件初始化，并进行选择通信信道，其节点主要采用需求唤醒的工作机制，如果系统没有请求的状态下，则就可以使其进入休眠的状态，从而可以达到降低功耗的作用，当系统接收到传输请求时，应立刻进入工作状态，首先解析请求命令进行回应，然后采集数据并进行发送，最后完成后在没有出现错误或者请求的情况在进入休眠状态。其工作程序如图4所示图4 传感器节点程序流程图4.2 智能物流的智能终端的软件程序的设计基于无线传感器网络的智能物流的智能终端的应用程序功能主要是讲无线传感器节点的数据发送到监控中心，然后在复位时对系统进行初始化，最后完成任务后进入休眠模式。智能终端软件系统的流程图如图5所示图5 智能终端软件系统的流程图5 结束语随着社会的发展，科学技术的快速进步，智能物流系统是未来物流网络发展的重要的趋势，无线传感器网络具有成本低、可靠性高以及网络容量大等优点，在智能物流系统中应用，不仅能够使信息采集更加的快捷高效，而且对降低物流成本，提高物流的智能化以及信息化，保证物流的安全具有重要的意义。无线传感器网络作为一个全新研究领域，其对科研人员提出更高的挑战，并且随着技术的完善将会对人们的生活提供更大的作用，而此设计基于无线传感网络的智能物流系统的设计虽然取得一定的成果，但是还需要不断完善不断努力，以达到对整个物流过程进行实