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基于IPv6协议的冷链仓储温湿度监控系统的实现

来源：本站 | 宣布日期：2023-02-20

冷链物流[1]通常是指为坚持新鲜食品、冷冻食品的品质，或者医药等产品的效能，尽可能降低运输的损耗，使货物始终坚持在特定温度的一种物流运输方法。随着消费者对农产品品质和宁静的要求越来越高，推动了农产品冷链物流工业的快速生长。农产品冷链物流工业链涉及冷链加工、冷链仓储、冷链配送、终端销售等诸多环节，而为了包管农产品的质量宁静和新鲜度，降低损耗，通常需要对农产品冷链仓储情况的温湿度进行严格的管控[2]。近年来，为了提高对冷链物流全程的智能化管控，物联网、无线传感器网络等新兴技术也越来越多地被应用到了冷链仓储情况的温湿度监控中[3]。

本文在无线传感器网络（WSNs:Wireless Sensor Network）数据收罗架构下，基于IPv6协议将无线传感器节点收罗的冷链仓储情况温湿度信息稳定、高效地传输至远程效劳器，经远程效劳器处理和剖析后，通过数据接口程序实现与App等应用程序的交互，便于冷链仓储治理人员随时随地掌握情况温湿度变革情况，并进行实时干预，从而最大限度地包管农产品的新鲜度和宁静。

1 IPv6协议

IPv6协议是IETF组织设计的下一代互联网IP协议，与IPv4协议相比，其主要优势体现在以下四个方面[4]:

1）多地点。相比于32位地点长度的IPv4协议，128位地点长度的IPv6协议可以使更多无线传感器节点接入到互联网中；

2）高宁静。IPv6协议可对网络层数据加密，因此可实现更高的宁静性；

3）大带宽。相比于IPv4协议，IPv6协议具有更大的网络带宽，可以提供越发流畅的网络体验；

4）高稳定。由于IPv6协议的路由表更小，因此路由器转发数据的稳定性更高。

6LoWPAN[5](IPv6 over Low-power Wireless PersonalArea Network）是基于IPv6协议的低功耗无线个域网标准，其最大优势在于可以实现IPv6协议与WSNs的融合，基于6Lo WPAN协议的无线传感器节点都可以被分派一个能直接与外部网络进行通信的IPv6地点，从而使WSNs与外部网络的通信变得简单且高效。

2 基于IPv6协议的WSNs数据收罗架构

基于IPv6协议的WSNs数据收罗架构主要由6Lo WPAN无线传感器节点、汇聚节点、基站、IPv6网络、远程效劳器以及种种应用程序（PC端、移动端）等组成，如图1所示。主要目的是高效、稳定地获取监测区域内的种种数据，例如本文所实现对冷链仓储区域情况温湿度信息的收罗。

图1 基于IPv6协议的WSNs数据收罗架构

凭据冷链仓储情况温湿度监控应用的需求，6Lo WPAN无线传感器节点被安排于冷链仓储监测区域，用于收罗情况温湿度信息，然后传输至汇聚节点，由汇聚节点对收罗的温湿度数据进行汇聚和预处理后，由基站通过IPv6网络将数据传输至远程效劳器进行数据挖掘和剖析，用户的种种应用程序即可通过远程效劳器上安排的接口程序实现与6Lo WPAN无线传感器节点的交互，实时显示节点所收罗的温湿度信息。同时，6Lo WPAN无线传感器节点被分派一个IPv6地点，因此在资源和带宽受到约束的情况下，节点也可以直接与基站进行通信，从而包管数据的可靠传输。

3 6Lo WPAN无线传感器节点

6Lo WPAN无线传感器节点主要由MCU�？椤⒋衅髂？椤⒋娲⑵髂？椤⑽尴咄ㄐ拍？楹偷缭茨？樽槌�，如图2所示。为了提高节点的适用性和便捷性，通常由蓄电池给整个节点提供电源，然而当蓄电池电量耗尽时，节点便无法事情。因此，为了尽可能长地延长节点的使用寿命，在节点设计阶段，尽可能考虑低功耗的硬件器件。同时，在节点软件开发阶段，开启硬件休眠机制，使节点在待机状态时，进入低功耗休眠状态。

图2 6Lo WPAN无线传感器节点硬件结构

本文所设计的6Lo WPAN无线传感器节点接纳CC2530F256芯片作为整个节点的主控MCU，该芯片是TI推出的一款低功耗，且可实现IPv6/6Lo WPAN协议等无线通信方法的芯片，其内部不但包括8051内核的单片机，并且还集成了事情频率为2.4GHz，且切合IEEE802.15.4标准的射频芯片，接纳该芯片在减少节点的硬件布线和体积的同时，可以提高节点可靠性。别的，该芯片内部资源富厚，不但集成了256k B的Flash、8k B的SRAM，还具有128byte的收发FIFO，可以满足种种无线传感器网络的应用需求。

4 数据展收用

数据展收用以智能终端App为例说明，App主要通过POST接口和GET接口实现与远程效劳器端数据进行交互，进而获取6Lo WPAN无线传感器节点所收罗的温湿度信息，具体的数据交互流程如图3所示。

图3 数据交互流程

App主要功效设计为显示所有节点地舆位置、显示在线节点的IPv6地点和收罗的温湿度信息、显示离线节点。其中，节点在安排时，节点的经纬度信息和具体位置被存储在节点的SRAM中，当节点上电运行时，其位置信息会和其收罗的温湿度信息一起上传至远程效劳器，App通过读取经纬度信息进行定位显示。本文所实现的数据展示App在苏州经贸职业技术学院内进行了功效和稳定性测试，测试运行效果良好，具体展示界面如图4所示。

5 结束语

为了充分包管农产品在冷链物流历程中的质量宁静和品质，其中就需要对冷链仓储情况的温湿度进行严格的监控。本文所设计的冷链仓储温湿度监控系统利用6Lo WPAN协议来设计无线传感器节点，实现了IPv6协议与WSNs的融合，包管了WSNs中可靠的数据传输，同时通过App将无线传感器节点收罗的仓储温湿度数据展示在智能终端上，便于治理人员随时随地掌握冷链仓储情况的温湿度变革情况，利用信息化技术来提高冷链仓储的智能化治理水平。