近年来, 随着社会经济的快速发展, 以智能手机和平板电脑为代表的智能化终端已经迅速普及, 基于宽带无线互联网的新业务和应用也不断涌现。对于工业界而言, 如何充分利用现代信息技术来进一步提高生产效率, 降低成本和提高产品竞争力已经成为关注的热点。特别是随着仓库的智能化管理在产业链中对资源配置速度及劳动时间影响的日趋增加, 企业对于仓库的智能化管理要求不断提高。但是已经提出的产品或解决方案普遍存在着若干缺点, 致使一些小型企业无法实现智能化, 包括部分系统造价昂贵, 操作复杂, 企业花费巨大。而仓库安全问题一直是仓库管理中的重要课题之一。随着物联网技术的发展, 仓库管理系统逐步迈向自动化、智能化。本设计基于Linux操作系统, 应用各类传感器实时监测仓库环境, 并在紧急情况自动向管理员报警。在减少劳动力的同时, 为仓库管理员带来低成本、高效率、高安全性的仓库智能化安全管理。

本设计由智能语音系统和环境检测系统以及自动报警系统组成。其中, 智能语音系统以树莓派为核心控制器, 其外接音响及无线蓝牙模块。环境检测系统主要由温湿度检测模块、烟雾浓度检测模块组成, 对仓库环境信息进行实时采集。而自动报警系统以51单片机为核心控制器, 蜂鸣器模块等元件组成, 达到一定条件进行报警。最终, 以上系统通过蓝牙技术无线通信, 实现仓库安全管理系统的智能化。其系统框如图1所示。

基于物联网语音技术的智能仓库安全管理系统选用Raspberry Pi为核心控制器控制智能语音系统。而在仓库内则选用操作简单、低成本、低功耗的51系列单片机进行控制, 确定温湿度传感器、烟雾浓度传感器以及蜂鸣器等电子元器件的装配, 实时采集仓库环境数据。当数据超出设定阈值范围, 仓库管理员办公室的蜂鸣器报警, 并语音播报相关情况, 例如“警报!警报!烟雾浓度超标, 请尽快处理”, 从而确保险情得以及时控制。

本设计选用数据处理速度快, 可音频解码的树莓派作为语音系统的核心控制器。鉴于仓库环境检测只需采集烟雾浓度及温湿度状态等简易数据, 本设计选用低成本、低功耗、高可靠性的51系列单片机为仓库安全管理系统的核心, 再以安全性高、价格较为低廉的蓝牙模块为无线收发装置连接到控制语音系统的树莓派上。其硬件结构如图2所示。

图1 系统框  下载原图

图2 硬件结构  下载原图

本设计选用MQ-2烟雾传感器, 其灵敏度高、响应快、稳定性好、寿命长、驱动电路简单, 属于二氧化锡半导体气敏材料。MQ-2的4脚输出随烟雾浓度变化的直流信号, 被加到比较器U1A的2脚, Rp构成比较器的门槛电压。当烟雾浓度较高输出电压高于门槛电压时, 比较器输出低电平 (0 V) , 此时蜂鸣器进行报警, 通知仓库管理员“急救”。

此外, 本设计还选用DHT11, 其为一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器, 其精度湿度±5%RH, 温度±2℃, 量程湿度20%~90%RH, 温度0~50℃, 可准确采集仓库的温湿度情况将采集到的温湿度实时发送给51单片机, 若超出设定范围, 则将对应ID号发送给仓库管理员, 音响根据ID号进行特定语音播报。

树莓派外接Wi Fi无线模块进行连网, 可快速处理大量音频信号。由于树莓派是基于Linux平台的, 故在初始接入Wi Fi模块时, 需通过put t y等远程连接的方式对Wi Fi进行wpa-ssid和wpa-psk等配置。考虑到数据传输效率与仓库环境的安全性问题, 选用蓝牙技术进行语音及指令的传输, 不仅保障了用户的隐私安全, 而且达到实时获取仓库内温湿度及烟雾浓度等环境信息。

软件设计部分可分为主流程模块和功能模块 (见图3) 。主流程模块主要负责系统初始化、信号的识别、流程的控制。而系统的初始化包括系统配置文件的加载, 语音系统初始化, 相关模块的加载。而功能模块主要负责采集数据和分析数据。当相关模块采集数据超出设定范围时, 将进行信号识别, 系统根据ID号能够识别信号的来源, 经由百度语音平台将对应语句播报为语音信息, 及时提醒仓库管理员仓库不良环境或是可能发生的险情。其中, 在借助百度语音平台的语音合成等技术时, 可参考该平台开源代码, 设计者申请并修改APP ID, API_KEY和SECRET_KEY的值即可使用。

图3 软件流程  下载原图

本设计将仓库安全系统与智能语音技术相结合, 在节省劳动力投入的同时, 使仓库安全管理更加效率化、智能化。本设计运用蓝牙无线通信技术, 较Zig Bee开发技术简单, 适用于仓库与仓库管理员办公室的短距离连接, 且安全性高。可以广泛用于各类型中小型仓库, 低成本, 低功耗, 具有一定的研发价值。