CN103196486A - 基于无线传感网络的烟草仓储监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仓储物流技术领域，具体公开了一种基于无线传感网络的烟草仓储监测系统及方法，该系统包括设于每一烟堆内的多种无线传感器、与烟堆对应设置的簇点、分别与簇点通信连接的中心节点，以及服务器与管理中心；所述多种无线传感器至少包括温湿度传感器及氧含量传感器，每一簇点均与其对应的烟堆内的多种无线传感器通信连接，该簇点还与管理中心通信联系。本发明基于无线传感网络对烟叶仓储参数进行监测，可以实现自动远程监测及报警，实现快速在线监测及无线自动上报，及时发现烟叶异常情况，以便及时对异常情况进行处理。

Description

基于无线传感网络的烟草仓储监测系统及方法

技术领域

本发明涉及仓储物流技术，尤其涉及一种烟草仓储的自动远程监测系统及方法。

背景技术

烟叶是一种经济价值较高的商品，是卷烟产业的主要原料。为了维护卷烟生产的正常进行，保证卷烟产品的质量，近年来，随着我国烟草产业的迅猛发展，烟叶储存的规模和数目越来越大，这就给烟叶仓储工作提出了更高的要求。由于烟叶生产由于受到自然天气和其他因素的影响，烟叶产量和质量均存在不稳定性，有必要通过烟叶贮存减缓烟叶的供需矛盾，满足卷烟产业的需求。

烟叶仓储是一项综合性工作，集治理、技术为一体，其烟叶的贮存质量又直接关系到卷烟产品的质量，因而在各卷烟产业企业中具有举足轻重的作用。但由于历史和其他方面的原因，目前烟叶仓储工作仍然是很多烟草企业的薄弱环节，在原烟（初烤烟）和复烤烟（片烟）的贮存治理上仍存在着诸多亟待解决的题目。烟叶是一种较难贮存养护的商品，在贮存过程中很容易受损变质，尤其是初烤烟叶在打叶、分级、收购、运输、储存等过程中很容易发生霉变，从而影响烟叶的品质，降低烟叶的使用价值，并给企业造成经济损失。

烟叶的霉变与储存温度、湿度、氧含量等众多参数密切相关，对原烟仓储过程中的温度、湿度和氧含量等参数进行监测能够发现“问题”烟叶，并采取相应的措施。对于需要在较长的时间段保存的原烟一般采用气调储存（即密封降氧储存）的方法进行仓储。现有技术中对进行密封降氧仓储或露天仓储的烟堆进行温度、湿度和氧含量检测的方法是采用人工测量的方法，管理人员手持测量仪器对各个烟堆的储存参数进行测量，并手工登记在记录表中。这种人工测量的方法不仅测量效率低，难以及时的反映仓储参数，同时人工测量容易出现漏检、误读、登记错误等情况，同时纸质的测量数据也存在管理、统计、保存不方便的问题。目前各仓储责任单位多采取填写纸质货位管理卡的方式对仓储烟堆的信息进行管理，同样存在管理、统计、保存等诸多问题。

发明内容

本发明的一个目的在于，提出一种基于无线传感网络的烟草仓储监测系统，其可以实现自动远程监测及报警，及时发现烟叶异常情况，以便及时对异常情况进行处理；

本发明的另一个目的在于，提出一种基于无线传感网络的烟草仓储监测方法，其基于无线传感网络对烟叶仓储进行监测，可以实现快速在线监测及无线自动上报，及时发现烟叶异常情况。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于无线传感网络的烟草仓储监测系统，其包括：设于每一烟堆内的多种无线传感器、与烟堆对应设置的簇点、分别与簇点通信连接的中心节点，以及服务器与管理中心；所述多种无线传感器至少包括温湿度传感器及氧含量传感器，每一簇点均与其对应的烟堆内的多种无线传感器通信连接，该簇点还与管理中心通信联系。

本发明中，所述设于烟堆内的多种无线传感器还可以包括二氧化碳传感器、霉变传感器、害虫传感器、水位传感器及烟雾传感器中的一种或多种。

具体的，所述无线传感器包括有传感器元件，设于传感器元件上的MCU、分别与MCU电性连接的无线通信模块、天线、LED指示灯及电源。

选择性的，所述簇点与中心节点之间设有中继节点，该簇点与中心节点之间通过中继节点通信连接，该中继节点采用中继器。

本发明中，所述簇点内包括有MCU、分别与该MCU电性连接的液晶显示屏、无线通信模块、天线、NFC/RFID读写芯片、存储芯片、操作按键、LED指示灯、蜂鸣报警器及电源；

所述中心节点内包括有MCU、分别与该MCU电性连接的无线通信模块、GPRS或CDMA或WLAN芯片、LED指示灯、天线及电源模块；

所述中继节点内包括有MCU、分别与该MCU电性连接的无线通信模块、LED指示灯、天线及电源模块。

再者，所述簇点与管理中心之间还通过手持数据收集器和/或NFC/RFID卡进行数据交换，该簇点与手持数据收集器之间、簇点与NFC/RFID卡之间，以及NFC/RFID卡与管理中心之间均通过NFC或RFID方式通信联系；所述手持数据收集器与管理中心之间通过USB方式通信连接，该手持数据收集器内包括有MCU、天线、FLASH存储芯片、液晶显示屏、NFC/RFID读写芯片、蜂鸣器、操作按键、LED指示灯及电源。

此外，所述服务器为云端服务器或局域网内服务器，该服务器通过Internet网络与多个智能通信终端通信连接；该服务器与中心节点之间通过GPRS、CDMA或WLAN网络通信连接；该中心节点与中继节点之间、中继节点与簇点之间，以及簇点与无线传感器之间均通过Zigbee协议通信连接。

进一步地，本发明还提供了一种基于无线传感网络的烟草仓储监测方法，其包括如下步骤：

多个无线传感器对烟堆内的多种环境参数进行采集，并将采集到的数据传输到无线传感器所在的簇点；

簇点将各无线传感器采集的数据传输到中心节点，中心节点将该数据通过无线网络传输至服务器；

来自各中心节点的数据储存于服务器的数据库中，仓储管理人员通过客户端软件、浏览器或智能通信终端实时查看监测数据，并根据需求生成报表，并对监测数据进行显示、查询、管理及维护。

其中，所述簇点可以直接与中心节点通讯，或者该簇点还可以通过中继节点与中心节点通讯；所述多个无线传感器采集的多种环境参数包括温湿度、氧含量、二氧化碳含量、霉变量、害虫量、水位量及烟雾量。

本发明中，所述各簇点收集到的数据通过一手持数据收集器和/或NFC/RFID卡传送至管理中心处，服务器和管理中心采集到数据后，将采集到的数据与预设的报警阀值进行比较，若超过报警阀值，则分别以手机短信、蜂鸣器报警或客户端声光报警方式提醒发生异常的位置和异常信息。

本发明基于无线传感网络的烟草仓储监测系统及方法，其主要用于对初烤烟叶或成品烟叶仓储过程中的仓储参数进行自动在线监测和报警，也可用于对烟草育苗大棚、烤房、大田、园林园艺等设施或领域的环境参数，以及对中药材、粮食、茶叶、种子等物资仓储参数进行在线监测和报警，其解决了人工测量原烟仓储数据存在的速度慢、效率低、漏检、误读、登记错误、仓储数据保存、管理、统计不方便的问题，将自动将采集到的仓储数据保存在管理计算机或服务器中，并能够根据管理人员的需求定制并自动生成报表，实现快速在线监测以及无线自动上报。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于无线传感网络的烟草仓储监测系统一种具体实施例的模块结构示意图；

图2为本发明基于无线传感网络的烟草仓储监测方法一种具体实施例的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种基于无线传感网络的烟草仓储监测系统，其包括：设于每一烟堆10内的多种无线传感器、与烟堆10对应设置的簇点20、分别与簇点20通信连接的中心节点30，以及服务器40与管理中心50；所述多种无线传感器至少包括温湿度传感器12及氧含量传感器14，每一簇点20均与其对应的烟堆10内的多种无线传感器通信连接，该簇点20还与管理中心50通信联系以进行数据交换。本发明中，所述烟堆10设于货场1内，每个货场1内有若干个烟堆10，该烟堆10的数量由货场1的大小决定。本发明应用于烟叶仓库、育苗大棚、烤房、粮食仓库、大田、园林园艺场时，可根据实际需求选择相应的无线传感器并放置在所需位置，根据现场情况配置簇点20和中心节点30，结合定制好的服务器软件和客户端软件44便可实现相应的监测和报警功能。

本发明中，根据客户的选择配置何种传感器，一般做了密封降氧保藏的烟堆10都要配无线传感器。在本发明具体实施例中，所述设于烟堆10内的多种无线传感器还可以包括二氧化碳传感器16、霉变传感器18、害虫传感器、水位传感器及烟雾传感器（未图示）中的一种或多种。在本发明中，不同的无线传感器用于测量待测点不同的参数，所述温湿度传感器12及氧含量传感器14为系统必须的最基本的几种传感器，其它几种无线传感器可以根据实际情况选择不同类型的无线传感器，并可灵活配置各种类型无线传感器的数量。具体的，所述无线传感器包括有传感器元件，设于传感器元件上的微控制单元（MCU：Micro Controller Unit）、分别与MCU电性连接的无线通信模块、天线、LED指示灯及电源（未图示）。其中，所述传感器元件可以采用常规的制作传感器的芯片或器件，MCU可以采用常规的微处理器，无线通信模块可以采用常规的无线通信芯片。在本发明具体实施例中，所述霉变传感器18可以采用2007年第6期《传感技术学报》中，名称为《电子鼻传感器阵列优化与谷物霉变程度的检测》文献中所记载的电子鼻（electronic nose）实现。该电子鼻由具备部分专一性的气敏传感器构成的阵列和适当的模式识别系统组成，用来识别简单和复杂气味，其可以快速、准确地分析所测谷物散发的气味，从而判定所测谷物是否霉变。害虫传感器可以采用2004年第6期《粮食储藏》中，名称为《YC97B型储粮害虫数量光电传感探头技术性能快速检测》文献中记载的YC97B型储粮害虫数量光电传感探头实现。该YC97B型储粮害虫数量光电传感探头是一种基于计算机监控的储粮害虫数量传感器，其选择红外发射接收二级管为敏感端，可以对捕获害虫数量自动记录。

本发明中，每个烟堆10都要配一个簇点20，该簇点20布置于烟堆10密封罩的设备加载位（未图示）上，用于收集对应烟堆10内各无线传感器采集到的数据，并具有本地显示和报警功能。在实际应用时，若簇点20与中心节点30距离较近，则簇点20可直接与中心节点30通讯；当簇点20与中心节点30距离较远时，则可以在所述簇点20与中心节点30之间设置中继节点32，该簇点20与中心节点30之间通过中继节点32通信连接。该中继节点32可以采用中继器。簇点20的数据需经由中继节点32再到达中心节点30。在本发明具体实施例中，所述簇点20内包括有MCU、分别与该MCU电性连接的液晶显示屏、无线通信模块、天线、近距离无线通讯技术/非接触式射频识别（NFC/RFID）读写芯片、存储芯片、操作按键、LED指示灯、蜂鸣报警器及电源（未图示）。

所述中心节点30用于收集一定范围内的无线传感器数据，并将数据上传至服务器40，同时具有手机短信报警功能。在本发明具体实施例中，该中心节点30内包括有MCU、分别与该MCU电性连接的无线通信模块、GPRS或CDMA或WLAN芯片、LED指示灯、天线及电源模块（未图示）。所述中继节点32用于协调距离较远的中心节点30与簇点20见的通讯，起中继作用。在本发明具体实施例中，该中继节点32内包括有MCU、分别与该MCU电性连接的无线通信模块、LED指示灯、天线及电源模块（未图示）。

再者，所述簇点20与管理中心50之间可以通过手持数据收集器52和/或NFC/RFID卡54进行数据交换，仓储管理人员利用手持数据收集器52和或NFC/RFID卡54在簇点20与管理中心50之间进行数据交换。该簇点20与手持数据收集器52之间、簇点20与NFC/RFID卡54之间，以及NFC/RFID卡54与管理中心50之间均通过NFC或RFID方式通信联系。所述手持数据收集器52与管理中心50之间通过USB方式通信连接，该手持数据收集器52内包括有MCU、天线、FLASH存储芯片、液晶显示屏、NFC/RFID读写芯片、蜂鸣器、操作按键、LED指示灯及电源（未图示）。该手持数据收集器52可通过NFC或RFID对各无线传感器数据进行采集，并能够与管理中心50处的计算机进行数据同步，该设备是作为无线远程参数监测的补充手段使用的，能够保证数据在网络故障时仍然能够保存并被读取。NFC/RFID卡54用于在管理中心50的计算机和簇点20间传递货场信息和货位信息。

此外，所述服务器40可以为云端服务器或局域网内服务器，该服务器40通过Internet网络与多个智能通信终端42通信连接。本发明中，所述服务器40与中心节点30之间可以通过GPRS、CDMA或WLAN网络通信连接；该中心节点30与中继节点32之间、中继节点32与簇点20之间，以及簇点20与无线传感器之间均通过Zigbee协议通信连接。作为本发明的一种优选实施例，所述服务器40优选为云端服务器，即可以将服务器40设置于远程端（云端），形成一云计算监测平台，服务器40中的数据库用于存储从各个中心节点30收集上来的数据，用户可以通过网站定制专属于自己的服务，同时还可以使用与这个云计算监测平台配套的手机应用程序实现监测数据显示、报表制定及显示、报警等各项功能。

本发明中，无线传感器、簇点20、中心节点30、中继节点32及手持数据收集器52内均包括有MCU、天线及LED指示灯等部件。无线传感器、簇点20、中心节点30、中继节点32及手持数据收集器52均采用低功耗设计，具备自动休眠功能，能够很好的节约能源并延长电池使用时间，适应于长期室外环境使用。其中，无线传感器、簇点20及手持数据收集器52可以采用电池供电，而中心节点30和中继节点32既可以采用电池供电也可以采用外接电源供电。在进行监测时，无线传感器、簇点20、中继节点32、中心节点30等各设备可自动组网，无线传感器基于ZIGBEE协议将采集到的数据传输到每个烟堆上的簇点20，簇点20再直接或通过中继节点32将各个无线传感器参数传输到中心节点30，中心节点30将数据通过GPRS或CDMA或WLAN等无线网络传输至服务器40端。来自各中心节点30的数据储存服务器40的数据库中，管理人员可通过客户端软件44、浏览器46或如手机等智能通信终端42应用实时查看监测数据，也可按需求生成报表，也可设定数据采集时间、管理人员信息、管理员账户、数据报警阈值、报警内容等项目。仓储管理人员能够通过客户端软件44将货场信息和货位信息写入NFC/RFID卡54中，搬运人员待烟堆10码完成后可以通过刷卡的方式将货场信息和货位信息作为货位电子标签载入相应簇点20中。此外仓储管理人员也可以在远程客户端设定货场信息和货位信息，无论是以NFC或RFID方式还是远程设定方式设定货场和货位信息，其所包含的信息内容主要为：货场编号（代号）、货场名字、货场位置、货场管理人员姓名、货场管理人员手机号、货场内烟堆数量、烟堆内存放物名称、烟堆堆码日期、烟堆密封时间、烟堆内存放货物名称及等级、烟堆所属客户、产地、等级、数量、点件员、烟堆管理人员姓名（仓管员姓名）、烟堆管理人员手机号、备注等。

进一步地，如图2所示，本发明还提供了一种基于无线传感网络的烟草仓储监测方法，其包括如下步骤：

步骤a，多个无线传感器对烟堆10内的多种环境参数进行采集，并将采集到的数据传输到无线传感器所在的簇点20。本发明中，所述多个无线传感器采集的多种环境参数包括温湿度、氧含量、二氧化碳含量、霉变量、害虫量、水位量及烟雾量等。本发明中的温湿度及氧含量为必须监测的参数，除此以外，还可以配合相应的无线传感器实现对霉变、仓储害虫、水位（检测烟堆淹积水情况使用）、烟雾等仓储状态进行监测，也可以结合卫星定位技术提升原烟仓储管理的信息化和科学化管理水平。

步骤b，簇点20将各无线传感器采集的数据传输到中心节点30，中心节点30将该数据通过无线网络传输至服务器40。在实际应用中，若簇点20与中心节点30距离较近，则簇点20可直接与中心节点30通讯；当簇点20与中心节点30距离较远时，则可以在所述簇点20与中心节点30之间设置中继节点32，该簇点20与中心节点30之间通过中继节点32通信连接。

步骤c，来自各中心节点30的数据储存于服务器40的数据库中，仓储管理人员可以通过客户端软件44、浏览器46或智能通信终端42实时查看监测数据，并根据需求生成报表，并对监测数据进行显示、查询、管理及维护。特别的，本发明中各簇点20收集到的数据还可以通过一手持数据收集器52和或NFC/RFID卡54传送至管理中心50处，以实现簇点20与管理中心50之间进行数据交换。本发明中，所述服务器40内设有服务器软件，以用于管理和发布监测仓储参数，同时具备系统设置、权限设置、报警提醒等功能。其中，客户端软件44用于在客户端计算机对仓储数据进行显示、查询、管理、维护和打印，同时也具备报表生成、系统设置、权限设置和报警功能。所述服务器40的仓储管理人员还可以设定数据采集时间、管理人员信息、管理员账户、数据报警阈值、报警内容等项目，并通过客户端软件44将货场信息和货位信息写入NFC/RFID卡54中，搬运人员待烟堆码完成后可以通过刷卡的方式将货场信息和货位信息作为货位电子标签载入相应簇点20中。本发明在应用中，可以根据仓储管理人员的工作需求设定数据采集频率，并能够在采集到的仓储数据异常时以手机短信等方式向相关管理人员发送报警信息，以便能够及时的处理原叶仓储异常情况，解决了人工测量仓储数据难以及时发现原烟异常情况的弊端。特别的，仓储管理人员也可以在远程客户端设定货场信息和货位信息，无论是以NFC或RFID方式还是远程设定方式设定货场和货位信息，其所包含的信息内容主要为：货场编号（代号）、货场名字、货场位置、货场管理人员姓名、货场管理人员手机号、货场内烟堆数量、烟堆内存放物名称、烟堆堆码日期、烟堆密封时间、烟堆内存放货物名称及等级、烟堆所属客户、产地、等级、数量、点件员、烟堆管理人员姓名（仓管员姓名）、烟堆管理人员手机号、备注等。

综上所述，本发明基于无线传感网络的烟草仓储监测系统及方法，当服务器40和管理中心50采集到数据后，将采集到的数据与预设的报警阀值进行比较，若超过报警阀值，则分别以手机短信、蜂鸣器报警或客户端声光报警方式提醒发生异常的位置和异常信息。本发明解决了人工测量原烟仓储数据存在的速度慢、效率低、漏检、误读、登记错误等问题，其还可以自动将采集到的仓储数据保存在管理计算机或服务器中，并能够根据管理人员的需求定制并自动生成报表，解决纸质仓储数据保存、管理、统计不方便的问题。再者，其将无线在线监测与货位电子标记相结合，可以提升烟堆货位管理的信息化水平，解决烟堆货位管理过程中信息化程度不高的问题。此外，本发明中的所有部件之间均采用无线通讯，各部件均采用低功耗设计，避免了在线监测布线复杂、依赖外接电源供电，能耗高，不适用于野外使用、成本高等问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无线传感网络的烟草仓储监测系统，其特征在于，包括设于每一烟堆内的多种无线传感器、与烟堆对应设置的簇点、分别与簇点通信连接的中心节点，以及服务器与管理中心；所述多种无线传感器至少包括温湿度传感器及氧含量传感器，每一簇点均与其对应的烟堆内的多种无线传感器通信连接，该簇点还与管理中心通信联系。

2.如权利要求1所述的基于无线传感网络的烟草仓储监测系统，其特征在于，所述设于烟堆内的多种无线传感器还包括二氧化碳传感器、霉变传感器、害虫传感器、水位传感器及烟雾传感器中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的基于无线传感网络的烟草仓储监测系统，其特征在于，所述无线传感器包括有传感器元件，设于传感器元件上的MCU、分别与MCU电性连接的无线通信模块、天线、LED指示灯及电源。

4.如权利要求1所述的基于无线传感网络的烟草仓储监测系统，其特征在于，所述簇点与中心节点之间设有中继节点，该簇点与中心节点之间通过中继节点通信连接，该中继节点采用中继器。

5.如权利要求4所述的基于无线传感网络的烟草仓储监测系统，其特征在于，所述簇点内包括有MCU、分别与该MCU电性连接的液晶显示屏、无线通信模块、天线、NFC/RFID读写芯片、存储芯片、操作按键、LED指示灯、蜂鸣报警器及电源；

所述中心节点内包括有MCU、分别与该MCU电性连接的无线通信模块、GPRS或CDMA或WLAN芯片、LED指示灯、天线及电源模块；

所述中继节点内包括有MCU、分别与该MCU电性连接的无线通信模块、LED指示灯、天线及电源模块。

6.如权利要求1所述的基于无线传感网络的烟草仓储监测系统，其特征在于，所述簇点与管理中心之间还通过手持数据收集器和/或NFC/RFID卡进行数据交换，该簇点与手持数据收集器之间、簇点与NFC/RFID卡之间，以及NFC/RFID卡与管理中心之间均通过NFC或RFID方式通信联系；所述手持数据收集器与管理中心之间通过USB方式通信连接，该手持数据收集器内包括有MCU、天线、FLASH存储芯片、液晶显示屏、NFC/RFID读写芯片、蜂鸣器、操作按键、LED指示灯及电源。

7.如权利要求4所述的基于无线传感网络的烟草仓储监测系统，其特征在于，所述服务器为云端服务器或局域网内服务器，该服务器通过Internet网络与多个智能通信终端通信连接；该服务器与中心节点之间通过GPRS、CDMA或WLAN网络通信连接；该中心节点与中继节点之间、中继节点与簇点之间，以及簇点与无线传感器之间均通过Zigbee协议通信连接。

8.利用如权利要求1-7中任一项所述的基于无线传感网络的烟草仓储监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

多个无线传感器对烟堆内的多种环境参数进行采集，并将采集到的数据传输到无线传感器所在的簇点；

簇点将各无线传感器采集的数据传输到中心节点，中心节点将该数据通过无线网络传输至服务器；

来自各中心节点的数据储存于服务器的数据库中，仓储管理人员通过客户端软件、浏览器或智能通信终端实时查看监测数据，并根据需求生成报表，并对监测数据进行显示、查询、管理及维护。

9.如权利要求8所述的基于无线传感网络的烟草仓储监测方法，其特征在于，所述簇点直接与中心节点通讯，或者该簇点通过中继节点与中心节点通讯；所述多个无线传感器采集的多种环境参数包括温湿度、氧含量、二氧化碳含量、霉变量、害虫量、水位量及烟雾量。

10.如权利要求8所述的基于无线传感网络的烟草仓储监测方法，其特征在于，所述各簇点收集到的数据通过一手持数据收集器和/或NFC/RFID卡传送至管理中心处，服务器和管理中心采集到数据后，将采集到的数据与预设的报警阀值进行比较，若超过报警阀值，则分别以手机短信、蜂鸣器报警或客户端声光报警方式提醒发生异常的位置和异常信息。

Images