基于Qt/E 的智能倉儲(chǔ)管理便攜式終端設(shè)計(jì)

陳 勇，王宏偉

(重慶郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)化控制與智能儀器儀表教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400065)

0 引言

隨著現(xiàn)代物流建設(shè)的發(fā)展，倉儲(chǔ)管理在物流管理工作中的重要性日益提高，已成為企業(yè)物流管理的核心部分。目前我國倉儲(chǔ)管理基本處于人工管理或半自動(dòng)化管理，即傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式，靠人員現(xiàn)場手工記錄，并且手工錄入計(jì)算機(jī)內(nèi)，特別是對于一些單體大型倉庫、多倉庫存儲(chǔ)或面積較大的露天場地等，存在產(chǎn)品信息難以實(shí)時(shí)獲取，人力勞動(dòng)的重復(fù)以及差錯(cuò)的出現(xiàn)機(jī)率增大。此外，在一些以機(jī)械設(shè)計(jì)加工為主的企業(yè)倉儲(chǔ)，在生產(chǎn)加工過程中存在的毛坯、半成品、成品等需要管理，這些產(chǎn)品型號、品種繁多，庫房產(chǎn)品清理、排查、存儲(chǔ)等存在一系列問題［1-2］。為了提高倉儲(chǔ)管理的高效性，通過射頻識(shí)別實(shí)現(xiàn)對物料、訂單、人員、設(shè)備等信息的實(shí)時(shí)采集與現(xiàn)場處理，設(shè)計(jì)多功能便攜式數(shù)據(jù)終端，采集的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)的與控制平臺(tái)數(shù)據(jù)庫相交換，這樣，既可實(shí)現(xiàn)采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，又能現(xiàn)場進(jìn)行較復(fù)雜的業(yè)務(wù)處理，避免人工錄入出錯(cuò)的可能，提高工作效率。將便攜式終端應(yīng)用于智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，可以解決企業(yè)倉儲(chǔ)的一些實(shí)際性問題。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 終端功能設(shè)計(jì)

該便攜式終端主要以射頻技術(shù)(radio frequency identification，RFID)為基礎(chǔ)，由嵌入式主控模塊、人機(jī)交互模塊、傳感器輸入模塊、以及與PC機(jī)或其他通信設(shè)備的通訊模塊組成。

根據(jù)實(shí)際所需解決的庫房管理問題，該便攜式終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)Fig.1 System design

主要功能包括:

①產(chǎn)品清點(diǎn)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)以電子標(biāo)簽作為產(chǎn)品識(shí)別和信息采集的技術(shù)紐帶，通過手持RFID讀寫器對產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，與傳統(tǒng)的識(shí)別方式相比具有無需直接接觸、無需人工干預(yù)即可完成數(shù)據(jù)比對等優(yōu)點(diǎn)。針對小體積而且規(guī)則零件可以采用紅外脈沖計(jì)數(shù)清點(diǎn)功能;對于大型零件產(chǎn)品，采用壓力傳感器，稱其質(zhì)量來清點(diǎn)零件數(shù)目。這些功能可以通過無線或有線方式接入各類傳感器設(shè)備。

②入庫/出庫管理。入庫時(shí)對于新增的貨物需要登記產(chǎn)品的名稱、型號、入庫數(shù)量、放置位置、產(chǎn)品單位重量等。如果原有數(shù)據(jù)庫存在該產(chǎn)品則只需輸入產(chǎn)品型號，然后增加其庫存數(shù)目即可。出庫時(shí)需要登記出庫產(chǎn)品型號、出庫數(shù)量以及領(lǐng)取人編號。

③詳細(xì)入出庫記錄。在產(chǎn)品入庫、出庫的時(shí)候系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)記錄數(shù)據(jù)表，來記錄每一次入庫出庫產(chǎn)品的型號、數(shù)量、入庫出庫時(shí)間(由系統(tǒng)自動(dòng)獲取)以及領(lǐng)取人編號。

④產(chǎn)品快速查找、定位。需要查找某種產(chǎn)品時(shí)，只需選擇產(chǎn)品查詢菜單，即可在系統(tǒng)的引導(dǎo)下，輸入需要查找的產(chǎn)品的基本信息，就可以準(zhǔn)確查詢，同時(shí)如果在庫房的每個(gè)存放位置安裝無線信號接收裝置，則可以發(fā)送無線信號點(diǎn)亮貨物具體位置的信號燈。這樣管理員就能很快找到所需要的貨物。

⑤庫房環(huán)境溫度、濕度檢測。

⑥數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。操作員在任何地點(diǎn)都可以及時(shí)通過無線傳輸?shù)玫接上到y(tǒng)傳過來的出入庫預(yù)報(bào)通知，根據(jù)手持終端的提示進(jìn)行出入庫操作。這樣就避免了操作員頻繁的穿梭于計(jì)算機(jī)與庫房之間來處理各種出入庫單據(jù)。該終端還可以與本地計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換，同時(shí)，在建立計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)物品信息的實(shí)時(shí)共享和互通，將會(huì)把倉儲(chǔ)管理帶入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)倉儲(chǔ)管理的智能化，可以有效地掌握原料、產(chǎn)品的流向，避免發(fā)貨失誤等［3-4］。

1.2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)Fig.2 Hardware design

本系統(tǒng)核心處理器采用ARM9芯片S3C2440，是三星公司設(shè)計(jì)的資源豐富、模塊體積小、擴(kuò)展性較強(qiáng)的基于ARM920T核的微處理器，芯片上集成了分開的16KB指令/數(shù)據(jù)Cache、外部存儲(chǔ)器控制器、集成LCD控制器、4通道DMA、3通道UART、IIC總線等。外圍接有人機(jī)交互模塊、存儲(chǔ)器模塊、通訊模塊、傳感器輸入模塊、電源管理以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘［5］。其中，人機(jī)交互模塊主要是通過觸摸屏或鍵盤按鍵的響應(yīng)向系統(tǒng)發(fā)出不同的用戶請求，然后通過LCD液晶顯示屏將處理結(jié)果以直觀的方式顯示給用戶;而存儲(chǔ)管理模塊主要是由SDRAM和FLASH組成，它們構(gòu)建了Linux嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)存環(huán)境以及文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)介質(zhì);通訊模塊則主要包括有線/無線傳輸通訊子模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要完成數(shù)據(jù)的交互;傳感器輸入模塊主要有RFID掃描輸入模塊、庫房溫濕度監(jiān)測模塊以及紅外脈沖計(jì)數(shù)傳感器和壓力傳感器模塊，RFID掃描用于錄入產(chǎn)品的進(jìn)出信息，將進(jìn)出信息送給ARM主控單元，再將信息存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫文件，同樣，溫濕度檢測以及庫房盤點(diǎn)計(jì)數(shù)的操作都是通過外圍傳感器獲取信息，經(jīng)主控單元處理后反應(yīng)到LCD界面中。

1.3 軟件架構(gòu)

本系統(tǒng)的軟件包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序兩部分。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為;而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)建主要包括嵌入式引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核、文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)等［6］?；赒t/E的智能倉儲(chǔ)管理便攜式終端的軟件系統(tǒng)可分為以下5個(gè)層次，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)Fig.3 Software framework

①BootLoader，是在操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)所運(yùn)行的第一個(gè)程序，嵌入式系統(tǒng)通過BootLoader初始化硬件設(shè)備、建立系統(tǒng)內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核做好準(zhǔn)備。

②操作系統(tǒng)內(nèi)核，本系統(tǒng)采用的是Linux操作系統(tǒng)，它是整個(gè)嵌入式軟件的核心，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是連接硬件設(shè)備與內(nèi)核的紐帶。

③文件系統(tǒng)，內(nèi)核啟動(dòng)之后的運(yùn)行需要根文件系統(tǒng)的支持。內(nèi)核需要從文件系統(tǒng)中裝載和運(yùn)行內(nèi)核模塊以及應(yīng)用程序。

④QT/Embedded，QT/Embedded是Qt的組成部分之一，是一個(gè)多平臺(tái)的C++圖形界面應(yīng)用程序框架，有可視化的圖形化開發(fā)界面、界面美觀、功能較強(qiáng)，適合于做復(fù)雜的應(yīng)用程序等特點(diǎn)［7］。它用于開發(fā)我們所需要的用戶圖形交互界面應(yīng)用程序。

⑤用戶應(yīng)用程序的開發(fā)，主要是QT應(yīng)用程序的編寫，可以通過Qt-creator開發(fā)平臺(tái)來開發(fā)QT應(yīng)用程序。

2 關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 RFID數(shù)據(jù)采集模塊

RFID，即射頻識(shí)別，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可在許多惡劣環(huán)境下正常工作。將RFID模塊加裝至便攜式終端，其主要功能為對貨物的出庫、入庫、清點(diǎn)貨物的信息進(jìn)行采集、傳輸［8］。

本系統(tǒng)采用的是超高頻915M遠(yuǎn)距離一體式讀卡器，首先在貨物上貼上RFID電子標(biāo)簽，由于這種遠(yuǎn)距離一體式讀寫器既可以讀取單個(gè)標(biāo)簽也可以一次性批量讀取多個(gè)標(biāo)簽，因此可以實(shí)現(xiàn)對貨物的個(gè)體管理或者批量管理。當(dāng)貨物進(jìn)入RFID讀寫天線范圍后，標(biāo)簽接受讀寫器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的信息，RFID讀寫器讀取信息后，通過RS232接口將數(shù)據(jù)傳送至ARM主控模塊中。該RFID讀寫器通信參數(shù)的默認(rèn)設(shè)置為波特率9 600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位和校驗(yàn)方式。在QT應(yīng)用程序中首先需要打開串口ttySAC1，設(shè)置與讀寫器一致的通信參數(shù)，再根據(jù)Reader通訊協(xié)議，給讀寫器發(fā)送讀寫指令，RFID讀寫器接收后根據(jù)命令來對標(biāo)簽進(jìn)行讀寫。其命令幀格式如圖4所示。

圖4 RFID讀寫器命令幀格式Fig.4 Command frame format of RFID reader

幀格式說明:

· Packet Type是包類型域，命令幀包類型固定為0xA0。

· Length是包長域，表示Length域后幀中字節(jié)數(shù)。

· Command Data是命令幀中的參數(shù)域。

· Status是狀態(tài)域。

· Check是校驗(yàn)和域，規(guī)定校驗(yàn)范圍是從包類型域到參數(shù)域最后一個(gè)字節(jié)為止所有字節(jié)的校驗(yàn)和。讀寫器接收到命令幀后需要計(jì)算校驗(yàn)和來檢錯(cuò)。

利用RFID讀出的電子標(biāo)簽的ID號存入創(chuàng)建好的數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)也可與已經(jīng)存在的信息進(jìn)行查詢比較，進(jìn)行入庫或出庫處理。

2.2 數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建

嵌入式人機(jī)界面決定了對數(shù)據(jù)庫的需求，主要包括體積小巧、功能完善、源碼開放等。目前嵌入式數(shù)據(jù)庫有很多，比如 Oracle、Sybase、MySQL、SQLite等［9］。本便攜式終端所選擇的是SQLite類型數(shù)據(jù)庫，SQLite是一種小型嵌入式數(shù)據(jù)庫。SQLite是一個(gè)小型的C語言鏈接庫，這個(gè)鏈接庫本身就完全包含數(shù)據(jù)庫引擎的功能，可以方便地運(yùn)用于嵌入式系統(tǒng)中。SQLite支持大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的SQL92語句，支持多表、索引、事務(wù)、視圖和觸發(fā)等一系列用戶接口及驅(qū)動(dòng)。簡單易用，運(yùn)行速度快，同時(shí)提供了豐富的數(shù)據(jù)庫接口［10］。

在Qt應(yīng)用程序開發(fā)中我們可以利用QSQLITE數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)來添加SQLite數(shù)據(jù)庫文件。

QsqlDatabasedb=QSqlDatabase:: addDatabase(“QSQLITE”);//添加數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)

db.setDatabaseName(“kufang.db:”);

db.open()//打開數(shù)據(jù)庫

QSqlQuery query;//以下執(zhí)行相關(guān)QSL語句

query.exec(QObject::tr("create table ku(型號 Integer，名稱 varchaer(20)，數(shù)量 Integer，放置位置varchaer

(20)，單重varchar(20))"));//創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫文件表格

2.3 入庫/出庫自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新

以入庫的數(shù)據(jù)更新為例，入庫時(shí)需要錄入的信息一般有產(chǎn)品名稱、型號、數(shù)量、放置位置、單位重量等。

入庫實(shí)現(xiàn)程序流程圖如圖5所示。

圖5 入庫管理程序流程圖Fig.5 Process flow chart of storage

①如果檢測到所輸入的產(chǎn)品型號在原始數(shù)據(jù)庫中已存在，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別并在原有數(shù)據(jù)上增加其庫存數(shù)量。

b=rkcount.toInt(＆ok，10);//利用 Qstring::toInt()將數(shù)量輸入lineEdit內(nèi)容轉(zhuǎn)為十進(jìn)制數(shù)

a=query.value(2).toInt();//提取表中庫存量

c=a+b;//算出增加后的值

query.prepare("update ku set Count=?where Type=＇"+rktype+"＇");//更新數(shù)據(jù)表中的庫存量

query.bindValue(0，c);

query.exec();

②如果數(shù)據(jù)庫中沒有原始數(shù)據(jù)，則插入新的產(chǎn)品信息。

query.exec("insert into ku values()");

③在更新完產(chǎn)品信息后，我們需要將該操作記錄到詳細(xì)記錄列表，此時(shí)需要記錄的是此次入庫產(chǎn)品的型號、數(shù)量以及入庫時(shí)間。

QDateTime time=QDateTime::currentDateTime();

QString str=time.toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss dddd");//獲取系統(tǒng)時(shí)間

QSqlQuery query2(db2);//對詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作

2.4 查找定位模塊

完成庫存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)后，為了提高該終端的智能便捷性，在需要查找某種產(chǎn)品時(shí)，打開快速查找界面，輸入需要查找的產(chǎn)品名稱或型號，就可以準(zhǔn)確查詢到其基本信息，界面設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 快速查找界面設(shè)計(jì)Fig.6 Interface design of quick search

同時(shí)，也可以增加定位功能按鈕，在此我們增加nRF905無線收發(fā)模塊，將所查找的型號以字符串通過nRF905發(fā)送給接收裝置的nRF905模塊，在庫房的一些存放位置安裝無線信號接收裝置，接收裝置的nRF905由單片機(jī)控制，如果收到的型號屬于一段范圍內(nèi)，則單片機(jī)控制點(diǎn)亮具體位置的LED燈，如圖7所示，管理員通過定位能很快找到所需要的貨物。

圖7 nRF905無線收發(fā)模塊Fig.7 Wireless transmission module of nRF905

3 系統(tǒng)功能測試

系統(tǒng)通過測試，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品信息的RFID識(shí)別出入庫、存儲(chǔ)、準(zhǔn)確查找定位，數(shù)據(jù)共享等功能。其交互式觸摸控制平臺(tái)測試結(jié)果如圖8所示。

點(diǎn)擊產(chǎn)品入庫操作，執(zhí)行相應(yīng)的功能模塊即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能，圖9為產(chǎn)品入庫功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果。

4 結(jié)語

利用Qt/E所設(shè)計(jì)的便攜式終端可以有效的解決各種環(huán)境下的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集、檢索、存檔和統(tǒng)計(jì)的實(shí)時(shí)化，使管理者更加準(zhǔn)確高效的掌握倉儲(chǔ)信息，以及對貨物準(zhǔn)確快速的查找定位。將此便攜式終端根據(jù)企業(yè)的需求應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，使管理者能及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地了解到庫房物品流通情況，減少了信息查詢時(shí)間，降低了成本，提高了精度，將會(huì)給企業(yè)的管理帶來顯著的效果。

［1］董彥龍.我國倉儲(chǔ)物流現(xiàn)狀及其優(yōu)化［J］.商業(yè)時(shí)代，2006，16:24-26.DONG Yan-long.The status quo and optimization of China's logistics［J］.Commercial Times，2006，16:24-26.

［2］秦惠林，朱杰.便攜式終端在智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.中國流通經(jīng)濟(jì)，2006，7:38-40.QIN Hui-lin，ZHU Jie.The application of portable terminal in the intelligent warehouse management system［J］.China Business and Market，2006，7:38-40.

［3］李忠成.智能倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用.2011，20(7):11-15.LI Zhong-cheng.Design and Implementation of the Internet of Things in Intelligent Warehouse Management［J］.Computer systems ＆ applications，2011，20(7):11-15.

［4］李玲娟.IoT的數(shù)據(jù)管理與智能處理［J］.中興通訊技術(shù)，2011，17(1):38-41.LI Ling-jian.Data Management and Intelligent Processing in IoT［J］.ZTE communications，2011，17(1):38-41.

［5］何劍鋒，栗楠.基于ARM 920T嵌入式Linux/Qt4的點(diǎn)菜系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011(6):43-46.HE Jian-feng，LI Nan.Design of Meal-ordering System Based on ARM920T Embedded Linux/Qt4［J］.Journal of Computer Applications，2011(6):43-46.

［6］王浩南，劉益成.基于嵌入式Linux系統(tǒng)下QT開發(fā)［J］.電腦開發(fā)與應(yīng)用，2010(1):11-13.WANG Hao-nan，LIU Yi-cheng.Development of Qt based on Embedded Linux［J］.Computer development＆ application，2010(1):11-13.

［7］宋榮.基于Qt/Embedded的嵌入式系統(tǒng)GUI開發(fā)［J］.機(jī)電工程，2009，26(4):90-92.SONG Rong.Development of embedded system GUI based on Qt/Embedded［J］.Mechanical ＆ Electrical Engineering Magazine，2009，26(4):90-92.

［8］李章林，盧桂章.基于RFID的廣義物流中的移動(dòng)智能終端設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化與儀表，2007，22(1):1-4.LI Zhang-lin，LU Gui-zhang.Design for the Smart Portable Terminal in Broad-sense Supply Chain Based on RFID［J］.Automation ＆ Instrumentation，2007，22(1):1-4.

［9］曾云，胡頻.嵌入式數(shù)據(jù)庫在QT中的應(yīng)用研究與實(shí)現(xiàn)［J］.國外電子測量技術(shù)，2010，9(9):73-76.ZENG Yun，HU Pin.Study and application of embedded database in QT software［J］.Foreign Electronic Measurement Technology，2010，9(9):73-76.

［10］MICHAEL Owens.The Definitive Guide to SQLite［M］.US:Apress，2006，5:35-40.