Мониторинг стеллажей в режиме реального времени для более безопасной работы автоматизированных систем хранения и поиска.

Предыстория исследования

В условиях стремительного развития электронной коммерции и современной складской логистики, Автоматизированная система хранения и поискаСтеллажные системы и системы крупномасштабного хранения широко используются. Являясь основной несущей конструкцией склада, безопасность стеллажей напрямую влияет на безопасность эксплуатации, устойчивость оборудования и эффективность работы склада.

Деформация, наклон или обрушение стеллажей могут привести к повреждению груза и серьезным авариям. Во многих случаях эти риски связаны с чрезмерной вертикальностью стеллажей или отклонением от горизонтального положения, которые не были своевременно обнаружены и устранены.

Традиционный контроль качества стеллажей в основном основан на периодических ручных проверках. Ручной контроль имеет ряд ограничений, включая длительные циклы проверки, высокий уровень ошибок, риск пропуска обнаружения дефектов, высокие затраты на рабочую силу и задержку в сообщении о неисправностях.

Поэтому важно создать интеллектуальную систему, которая сможет автоматически, непрерывно и точно контролировать вертикальность и горизонтальность стоек, подавать сигналы тревоги при возникновении отклонений и в режиме реального времени уведомлять соответствующий персонал по электронной почте и SMS.

Цели исследования

Общая конструкция системы

Система использует трехслойную архитектуру: слой восприятия, сетевой слой и прикладной слой.

Слой восприятия: Система состоит из сенсорных узлов, установленных на ключевых колоннах и балках стеллажа. Каждый узел включает в себя MEMS-инерциальный измерительный блок (IMU), маломощный микроконтроллер (MCU) и модуль беспроводной связи. Эти узлы собирают данные о наклоне стеллажа и выполняют локальную предварительную обработку.

Сетевой уровень: Включает в себя локальный шлюз и подключение к облачному серверу. Шлюз собирает данные с сенсорных узлов, выполняет преобразование протокола и загружает данные в облако через 4G или Ethernet. Он также поддерживает локальную логику оповещений, поэтому сигналы тревоги могут срабатывать даже при прерывании сети.

Прикладной уровень: Он развернут на облачном сервере. Он отвечает за хранение данных, управление пороговыми значениями, принятие решений по срабатыванию сигнализации и отправку уведомлений. Пользователи могут отслеживать состояние стойки, запрашивать исторические данные и настраивать параметры через веб-интерфейс или мобильное приложение.

Основные системные модули

Сенсорный узел обрабатывает данные об угле наклона и локальную фильтрацию с помощью MPU6050 и STM32L4.

Локальный шлюз обрабатывает агрегацию данных, преобразование протоколов и локальные оповещения через Raspberry Pi 4B и LoRaWAN.

Облачный сервер поддерживает хранение данных, принятие решений по оповещениям и управление пользователями с помощью Linux, MySQL и Python.

Модуль уведомлений по электронной почте использует протокол SMTP с шифрованием TLS. Модуль уведомлений по SMS использует сторонний API для SMS. Пользовательский интерфейс обеспечивает мониторинг в реальном времени и исторические запросы через веб-интерфейс и Vue3.

Сбор и передача данных

Сенсорные узлы собирают необработанные данные IMU с частотой 10 Гц. После фильтрации Калмана обработанные данные об угле наклона загружаются на шлюз с частотой 1 Гц.

В состав данных входят идентификатор узла, метка времени, значение вертикальности, значение ровности, уровень заряда батареи и контрольная сумма CRC16. В сети LoRa используется топология «звезда», где каждый сенсорный узел взаимодействует напрямую со шлюзом.

После агрегации данных шлюз отправляет их на облачный сервер через протокол MQTT. Облачный сервер сохраняет данные и инициирует обработку тревожных сигналов в режиме реального времени.

Механизм оповещения о тревоге

Система поддерживает три уровня тревоги.

Предупреждающие сигналы: Используйте желтый статус и запускайте push-уведомления приложения и уведомления по электронной почте. Предупреждения об уровне тревоги: Используйте оранжевый статус и запустите уведомления по электронной почте и SMS. Серьезные тревожные сигналы: Используйте красный статус и активируйте уведомления по электронной почте, SMS и голосовым вызовам.

При срабатывании сигнализации система автоматически отправляет ключевую информацию, такую ​​как номер стеллажа, местоположение на складе, угол наклона, уровень тревоги и отметку времени.

Для повышения надежности система также поддерживает механизмы повторных попыток, подавление повторных сигналов тревоги и эскалацию сигналов тревоги. Например, если оранжевый сигнал тревоги не подтверждается в течение 15 минут, его можно повысить до красного.

Проектирование программного обеспечения

Встроенное программное обеспечение сенсорного узла разработано на основе FreeRTOS и включает в себя задачи сбора данных, обработки данных, связи, локальной сигнализации и управления питанием.

Облачный сервер использует микросервисную архитектуру, включающую службу приема данных, службу обработки оповещений, службу уведомлений и API-сервис.

Данные временных рядов хранятся в InfluxDB, а информация о пользователях, оборудовании, параметрах конфигурации и записях уведомлений — в MySQL.

Веб-интерфейс управления обеспечивает мониторинг в реальном времени, управление оповещениями, управление устройствами, поиск исторических данных и настройку уведомлений. Мобильное приложение поддерживает основные функции мониторинга и оповещения на iOS и Android.

Заключение исследования

Данная система обеспечивает автоматическое обнаружение и оповещение о проблемах с вертикальностью и ровностью стоек.

Благодаря использованию технологии объединения данных с MEMS IMU-датчиков и фильтрации Калмана, система обеспечивает высокоточное обнаружение наклона стоек. Трехуровневая архитектура и беспроводная связь LoRa поддерживают надежный сбор и передачу данных. Один шлюз может поддерживать до 64 узлов мониторинга.

Система также предусматривает многоуровневый механизм оповещения, поддерживает автоматическую отправку уведомлений по электронной почте и SMS, а также обеспечивает мониторинг в режиме реального времени через веб- и мобильный интерфейсы.

В ходе практических испытаний на складе система продемонстрировала стабильную и надежную работу. Она представляет собой эффективное техническое решение для повышения безопасности стеллажей, снижения рисков ручного осмотра и обеспечения долгосрочной стабильной работы. Автоматизированные складские системы.

Часто задаваемые вопросы