文章設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的物流柜振動遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可實時監(jiān)控物品運輸過程中的溫濕度、方位角、加速度、振動功率譜等參數(shù)，并通過N8-410T接入物聯(lián)網(wǎng)云端，可實時查詢，并對可能發(fā)生的貨物損壞做出預(yù)警。

1 系統(tǒng)總體方案

采用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計思維，基于高精度數(shù)字傳感器技術(shù)、ZigBee短距離無線通信技術(shù)、NB-0T低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)以及高性能低功耗數(shù)字信號處理器(D0igital Signal Processing,DP)進行系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)采用分布式組網(wǎng)方式，主要由物聯(lián)網(wǎng)云平臺、網(wǎng)關(guān)節(jié)點和傳感器節(jié)點組成，其中網(wǎng)關(guān)節(jié)點和傳感器節(jié)點均裝置于物流柜內(nèi)。系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包含傳感器節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點兩部分。

2.1 傳感器節(jié)點硬件設(shè)計

傳感器節(jié)點硬件系統(tǒng)包含ZigBee控制/通信單元、六軸運動傳感器、溫濕度傳感器等幾部分，其原理框圖如圖2所示。

1)ZiqBee控制/通信單元

文章選用CC2530作為微控制器和ZigBee通信單元，進一步簡化硬件系統(tǒng)，降低系統(tǒng)功耗，降低系統(tǒng)成本，CC2530是美國德州儀器公司(T)推出的一款基于Simplelink解決方案的無線應(yīng)用單片機系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的8051核單片機不同，CC2530內(nèi)置了射頻收發(fā)器，提供了一種滿足2.4 GH2應(yīng)用的第二代片上系統(tǒng)解決方案、支持IEEE 802.15.4標(biāo)準、ZigBee協(xié)議及RF4CE標(biāo)準協(xié)議，結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee協(xié)議棧(Z-StacKTM),提供了一個強大和完整的ZigBee解決方案，其電路原理圖如圖3所示。

2)六軸運動傳感器單元

文章選用ICM+20602作為加速度傳感器和方位角傳感器，ICM.20602是一個六軸運動跟蹤裝置，包含一個3軸陀螺儀和一個3軸加速度計，具有和串行外設(shè)接口(Seral peipheral interace,SPl)，通過對分散原件的系統(tǒng)級整合，提供了最佳的運動性能，支持20 000 g的沖擊可靠性，具有很高的魯棒性,其功能框圖如圖4所示。

3)溫濕度傳感器單元

文章選用HDC2010作為溫度傳感器和濕度傳感器。HDC2010是一款采用超緊湊晶圓片級芯片規(guī)模封裝(wafer Level chip Scale Packaging,WLCSP)的集成式濕度和溫度傳感器，能夠以超低功耗提供高精度測量。HDC2010的傳感元件位于器件底部，有助于免受粉塵、灰塵以及其他環(huán)境污染物的影響，從而更加穩(wěn)定可靠，為各種環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)提供高精度測量功能，溫度精度為0.2'℃,相對濕度精度為2%,并配備了加熱元件，可消除冷凝和濕氣，從而增加可靠性。其功能框圖如圖5所示。

2.2 網(wǎng)關(guān)節(jié)點硬件設(shè)計

網(wǎng)關(guān)節(jié)點硬件系統(tǒng)包含DSP單元，ZoBee通信單元、容帶物聯(lián)網(wǎng)lNamow Band Intemetof Things,NBD0T)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Globa Navgation Satelite systemn, GNSS)通信單元、實時時鐘(ReITime CocK,RTC)單元、有機發(fā)光二極管(0rganic lightEmiting Diode,OLED)顯示單元、數(shù)據(jù)存儲單元等幾部分，其原理框圖如圖6所示，其中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點采用與傳感器節(jié)點一樣的zgBe通信單元電路，通過異步串行通信與DSP進行數(shù)據(jù)交互。

1)DSP單元

TMS320F2808是德州儀器(T1推出的一款高件能32位教字信號外理器，具有低成本，低功耗和高件能的特點，最高運行速度可達100 MPS,片上集成了多種功能強大的增強型外設(shè)模塊，使其具有強大的數(shù)字信號處理能力，又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制功能，形成了真正的單校片教字信號處理控制器，特別活用于工業(yè)、汽車，醫(yī)療和消費類市場中有大量數(shù)據(jù)處理的測控和電機控制場合。其電路原理圖如圖7所示。

2)NB-IOT、GNSS通信單元

文章采用移遠通信的BC20作為NB-OT、GNSS通信單元。BC20是一款支持GNSS定位功能的高性能NB-0T模塊，通過NB-0T無線電通信協(xié)議(3GPPReL.13),BC20模塊可與網(wǎng)絡(luò)運營商的基礎(chǔ)設(shè)備建立通信，GNSS接收機集成了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)(Globa Posioning Systemn,GPS)格洛納斯(GLONASS)定位和導(dǎo)航系統(tǒng)，可多系統(tǒng)聯(lián)合定位，支持多種星基增強系統(tǒng)(Ssatete-BasedAugmentation Syste,SBAS)信號接收處理，能夠在最小功耗時實現(xiàn)工業(yè)級的接收靈敏度、高精確度以及快速首次定位，幾乎能滿足所有機器對機器(M2M)領(lǐng)域的應(yīng)用需求，其電路原理圖如圖8所示。

3)RTC單元

文章采用美信半導(dǎo)體(MAXIM)的DS1307作為RTC實時時鐘單元，利用法拉電容為RTC提供備用電源，DS1307是一種低功耗、全二進制編碼十進制時鐘/日歷，通過PC雙向總線串行傳輸。DS1307具有內(nèi)置電源感應(yīng)電路，可檢測電源故障并自動切換到備用電源，確保計時操作繼續(xù)進行。其電路原理如圖9所示。

4)數(shù)據(jù)存儲單元

文章采用意法半導(dǎo)體(ST)的M24M02作為數(shù)據(jù)存儲單元。M24M02為industialLPus級105 ℃標(biāo)準I2C EEPROM產(chǎn)品，具有更大的工作溫度范圍，適用于智慧城市和智能產(chǎn)業(yè)解決方案。產(chǎn)品采用I2C協(xié)議，工作于1MHz,存儲容量可達2 M,支持每字節(jié)高達400萬次、每設(shè)備超過1億次寫入/擦除，具有200年的數(shù)據(jù)保存時間。其電路原理如圖10所示。

5)OLED顯示單元

文章采用金鵬電子的OLED模組作為顯示單元。OCMO25664-3是一款OLED顯示器，控制器為SSD1322,顯示256x64點陣，顯示對比度強烈，支持8位680和8080并口，三線和四線SPI串口，其電路原理如圖11所示。