刘东1 辛树奇2 李康峰2
（1. 奥维通信股份有限公司 辽宁 沈阳110179）
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【摘要】本文介绍了一种适合军队仓储环境监测的无线网络，并利用该网络的技术优势设计了温湿度、粉尘、火灾报警、水浸用于仓储环境监测的传感器及系统，描述了装置的组成，对环境监测系统进行了设计。
【关键字】仓储环境监测；WSAS；GJB9605；无线传感；
一、技术背景
目前军队仓库是储备、保管、供应部队装备物资的重要基地，其仓储环境对武器装备的寿命、工作状态、可用性以及物资的保质使用具有重要影响。在当前推进信息化建设，发展科学化保障观的背景下，采用先进的管理手段对于提高仓库器材保障科学化管理水平和信息化程度具有十分重要的意义。
[1][2][3]重点介绍了RFID射频识别无线技术在军队仓储、油料、武器装备的信息化应用，该技术主要用于识别，出库、入库、盘点等仓储管理工作，没有将仓储环境信息引入到信息化管理中；[4]基于无线技术进行了仓储环境监测系统的设计，主要监控了仓储环境的温度、湿度，对于整个环境系统监控的参数不够全面，同时也没有相关的闭环控制手段。
二、WSAS无线网络简介
2.1技术优势
GJB9605是中央军委总装备部于2019年12月8日颁布的应用于军事物联网的国军标，该标准使用了WSAS（无线同步自组织传感网）技术.
该技术采用高效网络组织和管理架构支持动态路由，网络规模达到千点级；
该技术采用自适应跳频，实现高可靠通信；
该技术采用微秒级高精度同步，实现微瓦级超低功耗；
该技术采用自主可控的高安全技术，支持军用加密技术；
该技术采用采用线性扩频技术和相位调制技术的Chirp-IOT物理层，传输速率更高，传输距离更远。
2.2网络组成
WSAS网络由主控计算机、网关设备、路由设备、现场设备、手持设备构成：
主控计算机：网关设备供用户、维护人员及管理人员与WSAS网络交互的计算机。
网关设备：连接WSAS网络与其他网络的设备。
路由设备：负责现场设备管理、具有静态路由和动态路由功能，可以采集现场数据。
现场设备：装有传感器或执行器、具有数据采集功能。
手持设备：手持便携设备，用于配置网络设备、监视网络状态。
2.3网络拓扑
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图1 WSAS双层网络架构
WSAS无线网络支持星型网络拓扑、星型和网状相结合的两层网络拓扑以及树状拓扑结构。针对仓储应用的离散型、大容量、泛在的应用特点双层网络拓扑是较为适合的网络拓扑结构。第一层是网状结构，由网关及路由设备构成，用于系统管理的网络管理器和安全管理器，在实现时位于网关中；第二层是星型结构，由路由设备及现场设备或手持设备构成。
WASA系统二层网络管理采用分布式管理架构，网络实施分层管理模式，网络管理由网络管理者（网关设备）和簇首（路由设备）共同完成，网络管理者主要管理网状网络，簇首管理星型网络。
三、仓储环境监测装置设计
3.1硬件架构设计
在物联网应用中，无线传感器电路结构通常都是一个或多个信号传感器（采集器），然后配合信号放大器，微控制器，IO接口，无线通信模块，将数据信号发送到网关，然后由服务器的平台软件进一步分析和处理，形成针对某种或者多种应用场景的系统解决方案。本次设计将四种传感器统一到一个硬件平台，做平台化的硬件设计和软件设计。
本设计的仓储环境监测装置方案框图如图2所示。仓储环境监测装置共有六部分组成：传感器部分，微控制器部分，WSAS模块部分、显示部分、按键部分和电源供电部分。
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图2 WSAS仓储环境监测装置硬件设计架构
3.2 传感器选择
温湿度传感器采用一个电容式感湿元件和一个高精度集成测温元件，采用集成芯片的形式。
水浸传感器支持电极式、感应线式，电极式根据液体导电的原理，根据电极浸水后电阻的变化，通过相关的电路进行信号的放大、整形、比较输出高电平，进而触发报警。
感应线式传感器根据液体导电的原理，根据电阻的变化可以判断出漏点位置。配置专用的感应线和感应检测电路。
粉尘传感器采用激光散射原理，通过不同粒径的光学积分统计及换算公式可以得到不同粒径的实时颗粒物的数量浓度，按照标定方法得到跟官方单位统一的质量浓度。
光电感烟器利用烟粒子对光的散射效应，根据光源发出的光经烟粒子散射到光电接收元件上而探测烟雾的。光电烟雾探测器对浅色烟雾十分敏感，环境湿度变化对它的影响较小，又不存在放射性污染。
3.3 软件设计
根据仓储环境监测需求，共设计了8个任务，包括开始任务、管理任务、无线任务、采集任务、运行监测任务、闭环控制任务、能耗管理任务。多个任务相互独立与协作，组成了整个系统。
在模块没有任务需要处理时会处于休眠状态，需要处理任务时，均以外部中断进行唤醒，在唤醒模块后，管理任务会检测到需要处理的任务，并创建相应的进程去处理，每一个进程处理完成自己的任务后，将本进程终止并删除，以释放空间。当所有任务处理完成后，管理任务在检测到没有任务需要处理，驱动模块进入休眠模式，以降低功耗。
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图3 WSAS仓储环境监测装置软件设计架构
四、仓储环境监测系统设计
仓储环境监测系统分为传感层、传输层、应用层；在业务应用和传输之间增加一个物联网平台支撑，支持设备集中管理、物联策略、基础运维、数据分析多种功能，实现精细化的管理设备和人性化的联动设置。
仓储环境监测系统主要功能：
1）实时监控
支持实时显示设备状态，总览设备总数、在线设备台数、离线设备台数等设备信息，针对具体设备查看可细化到在线设备数量、离线设备数量、通电设备数量、断电设备数量，并通过图形展现出来，形象明了。
2）设备管理
设备加入之后，可查看全部设备信息，包含设备状态、设备类型、所属分组等，亦可按照无线信号强度和上报时间进行排序。
若选择其中某一个类设备或者某一个设备，便可查看该设备详细的信息，包含 SN 码、设备编号、设备类型、所属组、无线网络、 IP 地址、 MAC 地址、状态、通电状态、功率、电压、电流等诸多信息。
所有设备均支持添加、删除、搜索、过滤、编辑等操作，可针对某一类设备进行筛选搜索，也可以采用在线状态、通电状态、设备类型三种条件来过滤设备，快速筛选定位自己需要的信息。
3）物联策略
支持多维度的策略控制，包括时间计划、设备内置按键、数据状态改变、设备上下线等维度进行控制。
4）数据分析
平台支持总览运行状态，查看当前系统物联设备的通断电情况，告警次数等详细信息， 可分组查看排行、趋势等，可按时段、天、月等时间进行查看。
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图4 仓储环境监测系统设计
五、结束语
经过实际产品及系统验证，基于WSAS无线网络的仓储环境监测装置和系统在智慧营区、智慧仓储、军油工程、动环监测、智慧校园等应用中有网络优势、有系统优势、基于知足知识产权的核心协议栈，产品更安全，更适合军事相关的物联应用。
参考文献：
[1] 冯彦辉, 季全忠, 冯金富, 等. RFID技术在军用仓库信息化管理中的应用研究[J]. 航空计算技术, 2006, 36(5):39-42.
[2] 张宁, 雍岐东, 赵立. 基于RFID技术的军队油料仓库管理模式探讨[J]. 中国储运, 2009(2): 121-122.
[3] 姜昆; 杨日杰; 苏里阳. RFID技术在武器装备仓储管理中的应用 兵器装备工程学报
[4] 李建海; 苏学军; 孙艳丽; 凌云峰.军队仓库仓储环境无线监测系统 兵工自动化