基于嵌入式智能倉儲系統(tǒng)設計目錄TOC\o"1-3"\h\u81241緒論 2144341.1研究背景和意義 2324951.2研究趨勢 3257901.3論文的主要內(nèi)容 315662系統(tǒng)整體設計方案 4276522.1系統(tǒng)概述 4217432.2方案計劃 582662.2.1M0設計方案 5271632.2.2A53設計方案 536942.2.3ZigBee設計方案 6194043系統(tǒng)硬件設計 6178213.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 6285733.2M0原理及其接口技術(shù) 7255233.2.1LPC11C14的主要性能 7183983.2.2LPC11C14的引腳排列 7220193.3溫濕度傳感器 8183893.4開啟/關(guān)閉大門 9309893.5開啟/關(guān)閉倉庫燈 10325193.6加濕器模塊 11223103.7ZigBee模塊 11112194系統(tǒng)軟件設計 1313134.1LED燈模塊 13265994.1.1功能描述 13218794.1.2數(shù)據(jù)描述 13259404.1.3流程圖 1375564.2.1功能描述 15105744.2.2流程圖 15260634.3大門模塊 16230034.3.1功能描述 16259814.3.2數(shù)據(jù)描述 1676714.3.3流程圖 16272224.4攝像頭模塊 17194594.4.1功能描述 1766694.4.2流程圖 17164994.5數(shù)據(jù)接收模塊 1878454.5.1功能描述 18181954.5.2流程圖 1879804.6數(shù)據(jù)發(fā)送模塊 2049634.6.1功能描述 20120714.6.2流程圖 20268354.7配置Linux 20292704.7.1安裝交叉編譯工具 20230184.7.2Ubuntu配置網(wǎng)絡 20245174.7.3安裝tftp服務器和nfs服務器 21321585系統(tǒng)調(diào)試 2197985.1功能檢測 21134105.1.1溫濕度模塊 2214745.1.2LED模塊 238889參考文獻 241緒論1.1研究背景和意義倉庫，顧名思義，就是存儲貨物的地方，倉庫的歷史已經(jīng)不可追溯，但是倉儲環(huán)節(jié)在物流中占著非常重要的位置。傳統(tǒng)的倉儲是靠收取報關(guān)費用來維持生存的，商家總是希望自己倉庫存放著滿滿的貨物，這樣來增加自己的盈利，其實這種模式與物流的宗旨是相違背的。現(xiàn)代物流業(yè)就彌補了傳統(tǒng)物流運營模式的不足，以協(xié)調(diào)上下游為己任，發(fā)揮著承上啟下的作用，與之前的模式恰恰相反，希望自己的庫存越少越好，也因為其在商業(yè)模式上有著本質(zhì)的區(qū)別，所以現(xiàn)代物流業(yè)得到了很大完善。隨著產(chǎn)品制造速度越來越快以及快節(jié)奏的生活，無論是生產(chǎn)者還是消費者都希望庫存的時間越來越短，對庫存的要求逐漸提高，要想快速適應社會發(fā)展需求就要確定庫存的商業(yè)模式,結(jié)合生產(chǎn)者和消費者雙方的需求設計自己的商業(yè)模式。計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，智能家居、遠程控制倉儲等都已經(jīng)進入人們的工作生活。于是大家對食品物流環(huán)境有了更多的想法，希望物流管理智能化，減少人工負擔，提高效率，還需要能夠防火防盜。本系統(tǒng)正是融合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)等實現(xiàn)了對倉儲管理和控制的智能化，大大提高了倉儲管理的效率，降低了人工及維護成本，實現(xiàn)了對倉儲系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和訪問。1.2研究趨勢隨著倉庫智能化的不斷發(fā)展，倉庫管理的物資種類，數(shù)量在不斷增加、出入庫頻率劇增，倉庫管理作業(yè)也已十分復雜和多樣化，傳統(tǒng)的人工倉庫作業(yè)模式和數(shù)據(jù)采集方式已難以滿足倉庫管理的快速、準確要求，嚴重影響了倉庫的管理。ZIGBEE技術(shù)正在為倉庫管理帶來一場巨大的變革，以識別距離遠，快速，不易損壞，容量大等條碼無法比擬的優(yōu)勢，簡化繁雜的工作流程，有效改善供應鏈的效率和透明度。1.3論文的主要內(nèi)容第一部分：介紹了課題研究當前的背景及其意義以及研究趨勢。第二部分：介紹了系統(tǒng)整體設計方案，以及功能是怎么樣實現(xiàn)。第三部分：介紹了這個系統(tǒng)的所需要的硬件模塊以及原理。第四部分：介紹了這個系統(tǒng)需要實現(xiàn)功能的程序編寫，以及流程圖。第五部分：介紹了最終系統(tǒng)的調(diào)試。第六部分：做完整個系統(tǒng)后的總結(jié)。2系統(tǒng)整體設計方案2.1系統(tǒng)概述本系統(tǒng)是基于PC,A53及M0等設備，依托在各項互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)，傳感器等技術(shù)的基礎上編寫，以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)倉儲系統(tǒng)，使用戶更方便的管理倉庫內(nèi)的所有信息及其特殊情況。本系統(tǒng)主要分為三大模塊：PC端、數(shù)據(jù)處理(A53)和數(shù)據(jù)采集(M0)。兩條控制線如下圖所示：PC端數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集PC端數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理PC端數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理PC端第一條線：首先M0采集環(huán)境信息，即溫濕度，環(huán)境信息有助于我們對倉庫的了解，然后再通過ZigBee模塊將采集到的環(huán)境信息發(fā)送到A53進行數(shù)據(jù)處理，由A53的M0線程負責接收環(huán)境參數(shù)，激活數(shù)據(jù)庫線程對數(shù)據(jù)庫進行相應的處理，并將數(shù)據(jù)更新到網(wǎng)頁上，對環(huán)境參數(shù)進行判斷處理。如果濕度過高，超過設定的參數(shù)，那么就會打開風扇進行干燥；如果濕度過低，低于設定的閾值，那么就會打開加濕器進行加濕。第二條線：當倉庫需要進出貨物時，可以通過PC端下發(fā)對M0的控制命令，然后經(jīng)過A53的數(shù)據(jù)處理，然后通過ZigBee模塊發(fā)送給M0，M0接收到指令實現(xiàn)蜂鳴器的開關(guān)即對應倉庫大門的開關(guān)，實現(xiàn)LED燈的亮滅對應倉庫燈的亮滅，實現(xiàn)風扇開關(guān)和檔位對應倉庫加濕器的開關(guān)和檔位，攝像頭實時監(jiān)控和拍照。2.2方案計劃2.2.1M0設計方案（1）芯片簡介Cortex-M0處理器，是市場上現(xiàn)有的最小、能耗最低、最節(jié)能的ARM處理器。該處理能耗非常低、門數(shù)量少、代碼占用空間小，使得MCU開發(fā)人員能夠以8位處理器的價位，獲得32位處理器的性能。超低門數(shù)還使其能夠用于模擬信號設備和混合信號設備及MCU應用中，可望明顯節(jié)約系統(tǒng)成本。（2）實現(xiàn)功能M0終端負責對當前環(huán)境溫濕度進行采集，初步對數(shù)據(jù)進行處理打包并通過無線通信設備ZigBee發(fā)送給Cortex-A53(以下簡稱A53服務器)，A53服務器對數(shù)據(jù)二次處理后給M0終端發(fā)送指令實時響應各種操作。倉庫管理系統(tǒng)的相關(guān)信息主要包括溫濕度、風扇、蜂鳴器、LED燈、M0終端液晶屏顯示。2.2.2A53設計方案（1）芯片簡介

A53意思是Cortex-A53處理器，是ARM公司開發(fā)的一款專門針對移動端使用的手機處理器。A53屬于ARMv8架構(gòu)。ARMv8是在32位ARM架構(gòu)上進行開發(fā)的，將被首先用于對擴展虛擬地址和64位數(shù)據(jù)處理技術(shù)有更高要求的產(chǎn)品領(lǐng)域，如企業(yè)應用、高檔消費電子產(chǎn)品。ARM在Cortex-A系列處理器大體上可以排序為：Cortex-A57處理器、Cortex-A53處理器、Cortex-A15處理器、Cortex-A9處理器、Cortex-A8處理器、Cortex-A7處理器、Cortex-A5處理器、ARM11處理器、ARM9處理器、ARM7處理器。（2）實現(xiàn)功能（1）處理M0采集到的溫濕度信息，然后在PC端進行實時更新。（2）處理PC端下發(fā)M0的控制命令，然后通過ZigBee發(fā)送給M0進行控制。2.2.3ZigBee設計方案（1）芯片簡介ZigBee網(wǎng)絡基于IEEE802.15.4國際標準、上層協(xié)議為ZigBee協(xié)議棧。該設備功耗低、低速率、低本低、高可靠性、自恢復及冗余性能優(yōu)異、網(wǎng)絡路由功能強大，具有良好的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，廣泛應用低數(shù)據(jù)率監(jiān)控的各個領(lǐng)域。（2）實現(xiàn)功能實現(xiàn)M0終端與A53服務器之間的數(shù)據(jù)交互。ZigBee作為短距離的傳輸協(xié)議，M0可同時與多個ZigBee進行數(shù)據(jù)的交互，即可同時進行多個倉庫的數(shù)據(jù)采集，根據(jù)不同倉庫存放的不同貨物，設定不同的的閾值。3系統(tǒng)硬件設計3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本設計的系統(tǒng)框圖如下3.1所示：圖3.1系統(tǒng)框圖3.2M0原理及其接口技術(shù)LPC11C14是armMCU中14型號的芯片，相對于LPC11C12芯片來說，接口明了，更容易理解。程序可以用C也可以用匯編。因此，本系統(tǒng)使用LPC11C14芯片作為微控制器。3.2.1LPC11C14的主要性能LPC11C14處理器有0~3共4組輸入/輸出端口，其中第0~2組端口有11個寄存器，第3組端口有4個寄存器。每組端口都有復用的功能，例如可以作為輸入/輸出端口，還可以定義為I2C接口功能，用戶可以通過軟件配置寄存器來滿足不同系統(tǒng)和書籍的需要。在運行主程序之前，必須先對每一個用到的引腳的功能進行設置。如果某些引腳的復用功能沒有使用，那么可以先將該引腳設置為通用的I/O端口。3.2.2LPC11C14的引腳排列圖3.2.2LPC11C14的引腳排列3.3溫濕度傳感器DHT11器件采用簡化的單總線通信。單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由單總線完成。DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳送40位數(shù)據(jù)，高位先出。數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗位。用戶主機（MCU）發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，待主機開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信采集。原理圖如下：圖3.3（1）溫濕度傳感器原理圖圖3.3（2）溫濕度傳感器實物圖3.4開啟/關(guān)閉大門當有人向倉庫中進貨或者取貨時，可以遠程控制大門的開關(guān)，在M0上展示的為控制蜂鳴器的開關(guān)。首先蜂鳴器是無源蜂鳴器。需要PWM自己做震蕩源，下圖為原理圖：圖3.4蜂鳴器原理圖3.5開啟/關(guān)閉倉庫燈當有人向倉庫中進貨或者取貨時，可以遠程控制倉庫內(nèi)燈的開關(guān)。由圖可以看出當PIO3_0和PIO3_1輸出低電平時，LED1和LED2亮。當PIO3_0和PIO3_1輸出低高電平時，LED1和LED2滅。在程序中我們通過函數(shù)voidGPIOSetValue(uint32_tportNum,uint32_tbitPosi,uint32_tbitVal)設置PIO3_0和PIO3_1的輸出值來控制LED燈的亮滅。圖3.5（1）LED實物圖圖3.5（2）LED原理圖3.6加濕器模塊當收到溫濕度傳感器傳來的數(shù)據(jù)，判斷溫濕度，如果低于一個ppm(濃度)值，可以遠程開啟加濕器模塊進行加濕。不同實驗室有對應的不同濕度要求，通過設置閾值，采集對應倉庫的濕度，當DHT11溫濕度傳感器采集到的溫度低于閾值是可以開大加濕器來保持倉庫的濕度要求?？刂萍訚衿鞯挠布娐吩O計如3-6圖所示；圖3.6風扇實物圖3.7ZigBee模塊電腦端為協(xié)調(diào)器，M0為節(jié)點，協(xié)調(diào)器通過USB方式PC機連接，通過串口軟件向節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，在節(jié)點接受到數(shù)據(jù)通過SPI格式傳給M0，M0將數(shù)據(jù)顯示與LCD屏。直觀的理解為zigbee協(xié)調(diào)器和節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通傳。圖3.7（1）ZigBee原理圖圖3.7（2）ZigBee實物圖4系統(tǒng)軟件設計4.1LED燈模塊4.1.1功能描述當有人向倉庫中進貨或者取貨時，可以遠程控制倉庫內(nèi)燈的開關(guān)。4.1.2數(shù)據(jù)描述名稱類型功能dev_led_maskunsignedcharled模塊操作掩碼dev_led_fdintled模塊設備節(jié)點LED_ON宏定義控制led打開LED_OFF宏定義控制led關(guān)閉4.1.3流程圖圖4.1.3LED模塊流程圖4.2加濕器模塊4.2.1功能描述當倉庫的環(huán)境過于干燥時，可以遠程操控加濕器對倉庫進行加濕。4.2.2流程圖圖4.2.2加濕器模塊流程圖4.3大門模塊4.3.1功能描述當有人向倉庫中進貨或者取貨時，可以遠程控制大門的開關(guān)，在M0上展示的為控制蜂鳴器的開關(guān)。下圖是流程圖以及部分程序：4.3.2數(shù)據(jù)描述名稱類型功能dev_buzzer_maskunsignedchar蜂鳴器模塊操作掩碼dev_buzzer_fdint蜂鳴器模塊設備節(jié)點BUZZER_ON宏定義控制蜂鳴器開BUZZER_OFF宏定義控制蜂鳴器關(guān)4.3.3流程圖圖4.3.3大門模塊流程圖4.4攝像頭模塊4.4.1功能描述可以對倉庫進行實時監(jiān)控和拍照。4.4.2流程圖圖4.4.2攝像頭模塊流程圖4.5數(shù)據(jù)接收模塊4.5.1功能描述接收M0發(fā)送上來的環(huán)境信息，然后將環(huán)境信息插入到數(shù)據(jù)緩存鏈表中，并顯示出來。4.5.2流程圖圖4.5.2數(shù)據(jù)接收模塊流程圖4.6數(shù)據(jù)發(fā)送模塊4.6.1功能描述處理PC端下發(fā)M0的控制命令，然后發(fā)送到M0。4.6.2流程圖圖4.6.2數(shù)據(jù)發(fā)送模塊流程圖4.7配置Linux4.7.1安裝交叉編譯工具安裝交叉編譯工具步驟：首先在家目錄下創(chuàng)建一個toolchain文件夾，拷貝文件到toolchain目錄下，解壓文件并且配置環(huán)境變量，然后在環(huán)境變量的最后一行添加一句話：exportPATH=$PATH:/home/linux/toolchain/toolchain-4.5.1-farsight/bin/然后重啟環(huán)境變量，接著關(guān)閉終端，再重啟終端即可。4.7.2Ubuntu配置網(wǎng)絡Ubuntu配置網(wǎng)絡步驟：首先打開Linux，然后點擊編輯-》虛擬機網(wǎng)絡適配器-》更改設置-》橋接模式（選擇自動）-》點擊確定；然后點擊虛擬機-》設置-》點擊網(wǎng)絡適配器-》選擇NAT模式-》點擊確定；接著點擊右上角-》點擊edit-》點擊Add-》點擊create-》name：更改為自己的名字-》點擊save；最后在右上角選擇自己配置的網(wǎng)絡；4.7.3安裝tftp服務器和nfs服務器安裝tftp服務器步驟：首先要下載tftp服務器，然后在家目錄下，創(chuàng)建文件夾tftpboot，然后給tftpboot添加最高權(quán)限，接著配置tftp環(huán)境變量，修改內(nèi)容，然后重啟tftp服務器。安裝nfs服務器步驟：首先在家目錄下創(chuàng)建nfs文件夾，并且給文件夾設置最高權(quán)限，然后下載nfs服務器，接著配置nfs服務器環(huán)境變量，然后重啟nfs服務器即可。5系統(tǒng)調(diào)試5.1功能檢測圖5.1PC端控制面板5.1.1溫濕度模塊1、在溫濕度文件夾下找到并打開編譯文件；2、編譯此工程；3、OLED上顯示溫濕度值4、將實驗板放在不同的地方，相應的溫濕度值會發(fā)生改變。圖5.1.1溫濕度采集圖5.1.2LED模塊點擊PC端界面上LED后面的on按鈕，觀察LED是否點亮，若點亮，再點擊off按鈕，點擊確定，如果LED滅，則實驗成功。圖5.1.2LED采集圖5.1.3加濕器模塊將M0放在濕度低于設定閾值的位置，觀察風扇是否會轉(zhuǎn)動，若果轉(zhuǎn)動；再將風扇放在設定的濕度范圍內(nèi)，查看風扇是否停止轉(zhuǎn)動。圖5.1.3風扇采集圖參考文獻[1]羅茜.基于云平臺的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設計與研究[D