ZigBee在倉儲管理中的應(yīng)用

1 前言

倉儲作為供應(yīng)鏈管理的核心環(huán)節(jié)，在物流中占據(jù)著核心的地位。隨著物資存儲數(shù)量的不斷增加，出入庫頻率急速增長。如何利用現(xiàn)代化技術(shù)來高效地管理倉庫，實(shí)時(shí)、全面地掌握倉儲信息，已經(jīng)成為企業(yè)在競爭中取勝的重要因素。在倉儲管理中，無線化是一個(gè)不可避免的發(fā)展趨勢，是人們追求的目標(biāo)，它使得倉儲管理更靈活、更便捷。

ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上備受關(guān)注的無線網(wǎng)絡(luò)之一，是學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點(diǎn)，其中包含了傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)等，具有信息采集、傳輸和處理的能力。引入ZigBee技術(shù)，對倉庫到貨檢驗(yàn)、入庫、出庫、調(diào)撥、移庫移位、庫存盤點(diǎn)等各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化更新，保證倉庫管理各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度和準(zhǔn)確性，確保企業(yè)及時(shí)準(zhǔn)確地掌握庫存的真實(shí)數(shù)據(jù)，合理保持和控制企業(yè)庫存。ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，將對人們的社會生活產(chǎn)生極大的影響，對產(chǎn)業(yè)變革產(chǎn)生巨大的推動作用。

2 倉儲管理的系統(tǒng)需求

對條碼標(biāo)簽和RFID，許多人應(yīng)該都比較熟悉，前者使用的是光掃描，掃描器和條碼之間不能有任何物理遮擋。后者使用的是“電磁場掃描”，兩者之間可以有遮擋。但歸根到底，兩者所讀取的數(shù)據(jù)，都僅僅是一個(gè)身份碼而已。真正的數(shù)據(jù)資料，必須通過讀碼器所讀出的身份碼，到預(yù)先建立好的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行查閱。其次，由于條碼和RFID的讀取方式，都是通過條碼和RFID標(biāo)簽微弱的反射或被動耦合的信號來實(shí)現(xiàn)的（那些有源和可儲存少量數(shù)據(jù)的RFID實(shí)際已經(jīng)超出RFID本身的定義范圍），因而讀取距離都非常有限。另外，由于這兩種標(biāo)簽本身都不儲存數(shù)據(jù)，信號讀取器必須要與數(shù)據(jù)庫相連，因而靈活性差。這些局限性大大限制了它的發(fā)揮。因此人們嘗試把ZigBee應(yīng)用于物流管理系統(tǒng)，試圖建立一種Zig-Bee和RFID結(jié)合使用的應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)如圖1所示。

在標(biāo)簽綁定處，有一個(gè)遠(yuǎn)距離的RFID讀寫器，通過讀取貨品上的標(biāo)簽，操作人員將標(biāo)簽上的ID號與貨品等信息通過無線ZigBee傳輸?shù)怯浀接?jì)算機(jī)上。之后，由倉儲人員將貨物進(jìn)行分類存放。在倉庫的日常管理中，如果需要盤點(diǎn)或者其他的處理，只需要一臺手持式讀寫器，通過簡單的對產(chǎn)品進(jìn)行掃描，就可以快速查詢到當(dāng)前的倉庫的產(chǎn)品數(shù)量和類型，使得原來需要幾天的工作量，借助RFID與ZigBee技術(shù)，只在幾個(gè)小時(shí)就能完成。如果貨品出倉，操作人員只需要通過RFID讀寫器，掃描一下產(chǎn)品上的標(biāo)簽，將標(biāo)簽的信息通過無線ZigBee在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上注銷就可以了。

它的主要特點(diǎn)是：遠(yuǎn)距離信息讀取、數(shù)據(jù)寫入，讀寫設(shè)備十分簡單可靠，價(jià)格也十分低廉。由于在倉儲通信系統(tǒng)中報(bào)文吞吐量較小，所以把ZigBee技術(shù)引入到物流領(lǐng)域中是一種切實(shí)可行的辦法?；赯igBee技術(shù)和RFID技術(shù)結(jié)合的無線掃描系統(tǒng)能夠在物流領(lǐng)域的入庫作業(yè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)對入庫數(shù)據(jù)的高效采集。能夠在出庫作業(yè)環(huán)節(jié)通過操作人員對出庫產(chǎn)品的掃描核對和確認(rèn)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密管理。保證有效數(shù)據(jù)識別和數(shù)據(jù)的傳輸是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，ZigBee具有低復(fù)雜度、低功耗、低成本和高容量等特點(diǎn)，它的應(yīng)用能夠?qū)ξ锪魉降奶岣咂鸬椒浅４蟮淖饔谩?/p>

致遠(yuǎn)電子推出CEL生產(chǎn)的ZICM2410模塊，具備了低功耗、低成本和高容量等特點(diǎn)，在遠(yuǎn)距離傳輸、可靠性和安全性方面表現(xiàn)十分突出，是倉儲管理無線通信模塊的理想選擇。

3 ZigBee技術(shù)特點(diǎn)

3.1 低功耗

在倉儲管理中，存在節(jié)點(diǎn)數(shù)多、分布較為分散的特點(diǎn)，不宜頻繁更換電源。ZigBee低功耗的特點(diǎn)就顯得十分重要。在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6～24個(gè)月，甚至更長，這是ZigBee的突出優(yōu)勢。單個(gè)節(jié)點(diǎn)的模塊功耗低于100 mW，而且單芯片可實(shí)現(xiàn)大部分功能，致遠(yuǎn)電子推出的ZICM2410 ZigBee模塊，每隔10 s發(fā)送一次定位數(shù)據(jù)，使用 550 mAh(放電量約為500 mAh)的電池可以工作13個(gè)月。ZICM2410模塊電池容量與工作時(shí)間計(jì)算表如表1所示，電池容量與工作時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。

3.2 傳輸距離

倉庫的面積大小不一，有的甚至可以達(dá)到1 000 m2，對硬件的傳輸距離要求比較苛刻。如表1所列的計(jì)算表，已經(jīng)是ZICM2410模塊工作在最大通信范圍時(shí)的功耗，在此功耗下，外置5 dBi的天線，可實(shí)現(xiàn)視距500 m的通信，使用板載天線，寫字樓內(nèi)通信距離可達(dá)到150 m，基站如果采用有線供電，可以使用大功率高接收靈敏度模塊（ZICM2410P2），實(shí)現(xiàn)視距1 500 m的通信距離。ZigBee模塊參數(shù)如表2所示。

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表2 ZigBee模塊參數(shù)

3.3 高容量

Zigbee可采用星狀、簇狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等結(jié)構(gòu)，可工作在單主節(jié)點(diǎn)或多主節(jié)點(diǎn)的模式下，可由多到65 000個(gè)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)平臺。為實(shí)現(xiàn)ZigBee設(shè)計(jì)者的初衷，必須要配合相應(yīng)的路由協(xié)議程序，實(shí)現(xiàn)“接力跑形式”的傳遞，參考了ZigBee 2006協(xié)議棧和一些MESH網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，推出了精簡型快速的ZLGnet無線路由協(xié)議。

相比于標(biāo)準(zhǔn)ZigBee協(xié)議棧，ZLGnet具有路由查找速度快、路由策略穩(wěn)健等特點(diǎn)，使用自帶的配置軟件即可實(shí)現(xiàn)路由表的獲取，并可以知道哪個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號強(qiáng)度最弱，這在布設(shè)基站的時(shí)候，非常有用。如圖3所示。

3.4 低成本

在倉儲管理中，存在的節(jié)點(diǎn)數(shù)有時(shí)會多達(dá)上千個(gè)，成本無疑是用戶最關(guān)心的問題。ZigBee免協(xié)議專利費(fèi)，每塊芯片的價(jià)格僅為幾美元。致遠(yuǎn)無線事業(yè)部使用2.4 GHz射頻芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)的ZigBee模塊ZM2410，已完成射頻前端及整機(jī)設(shè)計(jì)驗(yàn)證、板材及加工工藝攻關(guān)、射頻一致性測試、高品質(zhì)射頻器件采購存貨等前期準(zhǔn)備工作，具備本土優(yōu)勢和品質(zhì)保障的模塊，價(jià)格上非常有優(yōu)勢。

3.5 免執(zhí)照頻段

Zigbee采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段、2.4 GHz、915 MHz(美國)和 868 MHz（歐洲）。相比于繞射能力更強(qiáng)的低頻段無線通信技術(shù)，2.4 GHz的 ZigBee有著更準(zhǔn)確的信號強(qiáng)度指示，更大的數(shù)據(jù)通信率，說到通信速率，433 MHz最大100 kb/s的通信速率似乎也夠用了，但是10倍于433 MHz最大傳輸速率的ZigBee技術(shù)(ZICM2410模塊可達(dá)1 Mb/s)，通信速率將可以承載更多的應(yīng)用，如體征數(shù)據(jù)傳輸、環(huán)境參數(shù)采集以及下行信息控制等。

4 展望

本文介紹了ZigBee在倉儲管理中的應(yīng)用以及ZigBee的技術(shù)特點(diǎn)，在以上介紹的倉儲管理方案中，我司已經(jīng)取得不小的成績，在國內(nèi)一些倉庫中有所應(yīng)用。為適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的變革，我們需要不斷了解市場新技術(shù)的動向，在無線技術(shù)不斷發(fā)展的趨勢下，采用ZigBee將會帶領(lǐng)我們的產(chǎn)品走向一個(gè)新的高度。長期以來，市場上對低價(jià)格、低傳輸率、短距離、低功耗的無線通信產(chǎn)品都有很大的需求。Zig-Bee這一射頻通信領(lǐng)域最有潛力的技術(shù)會在更多的領(lǐng)域應(yīng)用，更加深入地影響人們的生活。下一步我司將會加大ZigBee推廣的力度，讓智能無線產(chǎn)品早日走進(jìn)千家萬戶。

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