基于STM32的智能倉庫尋物系統(tǒng)設計

周燕

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714022

摘要：針對傳統(tǒng)倉庫依靠人工尋找物品低效而且緩慢的問題，特別是物品種類越復雜繁多，問題就越突出。本文結合無線數(shù)傳技術和嵌入式ARM技術，設計了一種主從模式智能倉庫尋物系統(tǒng)。實現(xiàn)了使用手持終端對倉庫物品查詢并自動獲得所尋物品方位，同時具有所在方位發(fā)出聲光提醒的功能。使用該系統(tǒng)可以較大的提高復雜倉庫尋物的速度與準確性，具有良好的實用性、擴展性和低廉的價格。

關鍵詞：倉庫尋物系統(tǒng)；無線通訊；嵌入式ARM技術

Design of intelligent warehouse homing system based on STM32

ZHOU Yan

Yunnan Metallurgical Group Chuangeng Metal Fuel Cell Co.， Ltd ， Kunming，China650500

Abstract：For the problem of inefficient and slow artificial search for goods in traditional warehouses， especially the more complex types of goods， the more prominent the problem. In this paper， combined with wireless data transmission technology and embedded ARM technology， designed a masterslave model of intelligent warehouse search system. The system realizes the inquiry of the items in the warehouse by using the handheld terminal， and automatically obtains the position of the articles to be searched， simultaneously has the function of making sound and light reminding in the position. The use of the system can greatly improve the speed and accuracy of searching goods in the warehouses， with good practicality， scalability and low prices.

Keywords：warehouse search system；wireless communication；embedded ARM technology

目前一些企業(yè)的傳統(tǒng)倉庫依然采用人工尋找儲備物品的方式來管理倉庫，隨著倉庫內(nèi)數(shù)量品種的不斷增多，人工尋找倉庫物品花費的時間越來越長，尋物的效率不斷降低，使得企業(yè)需要投入更多的資金與人力來管理倉庫。全智能化的現(xiàn)代倉庫改造投入成本高，不利于傳統(tǒng)倉庫的升級改造。需要開發(fā)一種投入成本低，又能提高倉庫尋物效率，節(jié)省人力成本的智能尋物平臺。為此本文設計了一種低成本，低投入，同時又便于傳統(tǒng)倉庫平滑升級的智能倉庫尋物系統(tǒng)。倉庫里的各個儲柜獨立的排列于倉庫中，利用一主多從的分散模式進行設備管理，通過主機向各個從機發(fā)送查詢指令然后由從機返回查詢的結果。將減少倉庫的尋物時間，此系統(tǒng)可以讓倉庫的管理達到最簡化，企業(yè)對倉庫的投入達到最小化，降低企業(yè)的管理成本。

1 智能倉庫尋物裝置的系統(tǒng)總體設計

智能倉庫尋物系統(tǒng)由一個主機和多個從機構成。主機主要負責用戶界面，用戶輸入，無線通訊，數(shù)據(jù)存儲等任務。從機主要負責無線通訊，發(fā)出聲光報警，尋找物品時，手持主機設備按分類找到想要尋找的物品，點擊查找按鈕主機將向從機廣播查找指令，從機分別識別查找指令，對應的從機發(fā)出聲光提示。

操作運行流程如圖1所示。

1.1 無線模塊和微控制器選型

由于倉庫一般占地面積較大，又有儲柜和貨架遮擋無線信號，所以需要使用有較強穿透能力和較遠傳輸距離的無線模塊。WLK01L39無線收發(fā)模塊較nRF905，nRF24L01等射頻收發(fā)模塊有較強的穿透能力，傳輸距離遠，而且軟件編程簡單，節(jié)約開發(fā)成本和開發(fā)時間。

WLK01L39無線收發(fā)模塊的SETA引腳和SETB引腳決定了工作模式WLK01L39有四種工作模式，即正常收發(fā)模式、喚醒主模式、喚醒從模式、配置休閑模式。將主機設置為主模式，從機設置為從模式后可組成主從模式無線收發(fā)系統(tǒng)。主機微控制單元使用意法半導體公司（ST）推出的32位RISC微控制器系列產(chǎn)品，采用高性能ARM CortexM3內(nèi)核的STM32F103RCT6處理器，工作頻率為72MHz，內(nèi)置256K高速存儲器，8個16位定時器，2個12位DAC，16個12位ADC。

功能設計：

采用主從模式進行工作，工作模式見圖2。

1.2 主機功能設計

主機使用0.96寸 OLED顯示屏、WLK01L39無線傳輸模塊、參數(shù)輸入模塊，故障報警模塊和SD卡存儲模塊。整體采用模塊化的思想來進行構建，這樣有利于系統(tǒng)后期的維護和功能升級。主機的主要功能：在物品列表找到需要提取物品發(fā)送查找指令；接收各個儲物柜的位置、數(shù)量、溫濕信息，當物品剩余數(shù)量少于最少限定值時進行提示，對空氣濕度超過物品可承受范圍時進行報警。

1.3 從機功能設計

從機搭載溫濕度傳感器、0.96寸OLED屏、WLK01L39無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)設置按鈕、物品提示模塊。從機主要功能：從機處于待機狀態(tài)，當接收到主機的指令時，根據(jù)指令信息進行處理，尋物指令將向主機返回位置信息并發(fā)出提示音和亮燈提示；查詢信息指令將向主機返回儲物柜信息；從機在待機中將定期讀取周圍環(huán)境的溫濕度信息。

2 主從機硬件電路設計

2.1 供電單元設計

該管理系統(tǒng)的主從機均采用市場上的五號電池進行供電，為整個系統(tǒng)提供5V電源。由于微處理器和無線通訊模塊的電源供電電壓是3.3V，為此采用線性穩(wěn)壓芯片AMS11173.3，該芯片可將5V電壓線性穩(wěn)壓至3.3V電壓，最大輸出能力1A，穩(wěn)壓電路如圖3所示。

電路中C14是5V電源的濾波電容，用于濾除輸入電源的雜波，使電源更加穩(wěn)定，AMS11173.3輸出的3.3V電壓經(jīng)過C13的濾波使電源更加純凈，R10用于對電源指示燈的電流限制。在進入主控芯片的電源都采用0.1uf的陶瓷電容作為去耦電容使主控芯片更加穩(wěn)定，抗干擾性更強，在模擬地和數(shù)字地之間采用0歐電阻相連接，用于隔離模擬地和數(shù)字地，使模擬采樣數(shù)值更加穩(wěn)定。

2.2 輸入單元設計

主機與從機的參數(shù)輸入均采用觸摸式按鍵，本設計中采用UTouch08B觸摸檢測IC是一款使用電容感應式原理設計的觸摸芯片。此芯片內(nèi)建穩(wěn)壓電路供觸摸傳感器使用，穩(wěn)定的觸摸效果可以應用在各種不同應用上，人體觸摸面板可以通過非導電性絕緣材料連接，可以透過此材料達到觸摸效果。微控制器采用識別UTouch08B引腳高低電平的方式識別觸摸式按鍵的觸摸情況達到參數(shù)輸入的目的。

2.3 提示單元設計

從機提示裝置有提示音和亮燈。電路中再用蜂鳴器進行聽覺提示，用燈進行視覺提示。蜂鳴器采用三極管進行驅(qū)動，因為芯片IO口的驅(qū)動能力不夠強，利用三極管的開關特性進行通斷。提示燈采用IO口進行點亮只在中間串聯(lián)電阻進行限流。蜂鳴器和指示燈原理圖如圖4所示。

3 智能倉庫尋物裝置的軟件設計

3.1 智能倉庫尋物裝置的物品數(shù)據(jù)處理

在倉庫尋物系統(tǒng)中倉庫里的物品是通過數(shù)字編碼來表示物品的。通過軟件把倉庫里的物品和對應的編號寫入尋物系統(tǒng)的SD卡內(nèi)，尋找物品時輸入物品名稱，由主機解析名稱為編碼，并打包為指令向所有從機廣播，從機接收后，解析指令并將結果反饋給給主機。主機信息采集功能的數(shù)據(jù)格式：功能碼+機器碼+結束位；尋物功能的數(shù)據(jù)格式：功能碼+物品代碼+結束位；應答反應功能數(shù)據(jù)格式：功能碼。從機接收尋物指令反饋數(shù)據(jù)格式：機器碼+物品代碼+位置信息+環(huán)境溫濕度+剩余數(shù)量+結束位；從機接收信息采集指令反饋數(shù)據(jù)格式：機器碼+環(huán)境溫濕度+物品代碼+剩余數(shù)量+結束位；應答反應指令反饋數(shù)據(jù)格式：機器碼；溫濕度警示信息數(shù)據(jù)格式：機器碼+環(huán)境溫濕度+結束位；剩余數(shù)量警示信息數(shù)據(jù)格式：機器碼+物品代碼+剩余數(shù)量+結束位。智能尋物系統(tǒng)是靠物品的數(shù)字編碼來識別物品的，主機通過反饋的代碼找到對應的物品名稱顯示出來。

3.2 主機軟件程序設計

主機的工作流程：開機后，先向各從機發(fā)送應答指令，等待從機設備回饋信息，通過反饋信息對整個系統(tǒng)進行自檢，檢測是否都通訊正常，各個從機有無故障。如果從機沒有故障則進入尋物或查看信息狀態(tài)，如果有故障，則對故障機持續(xù)有間隔的發(fā)送10次應答指令，如仍然沒有應答，則報告沒有應答的從機出故障。主機繼續(xù)進入尋物和查看信息狀態(tài)。只有在通過按鍵啟動發(fā)送模式才使無線傳輸模塊出于發(fā)送模式，發(fā)送完成后自動轉(zhuǎn)為接收模式，這樣有利于在平時儲物柜出現(xiàn)問題能及時向主機報告。主機的軟件整體流程圖如圖5所示。

3.3 從機軟件程序設計

從機主要工作流程：開機后，采集溫濕度信息并判斷剩余數(shù)量，如發(fā)現(xiàn)異常則向主機發(fā)送相應的信息，然后進入指令接收狀態(tài)。當接收到尋物指令后，判斷物品是否在該從機數(shù)據(jù)庫中，不在數(shù)據(jù)庫中則跳出查詢進入等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，如果在數(shù)據(jù)庫中，將向主機發(fā)送位置信息并發(fā)出提示音和電量指示燈；當接收到自檢信號時，反饋自己的機器碼；接收到數(shù)據(jù)采集指令，判斷機器碼是否吻合，進行數(shù)據(jù)反饋發(fā)送。從機軟件整體流程圖如圖6所示。

4 系統(tǒng)測試

為了測試系統(tǒng)功能的完整性，對系統(tǒng)做了簡單的部署，把從機放在離主機200米范圍內(nèi)的任意地方，然后先對從機事先設定好的物品參數(shù)剩余數(shù)量進行改動并對其他從機人為提升溫濕度，開啟主機看從機應答正常，物品信息參數(shù)超過設定范圍后可以反饋給主機。通過主機進行尋物操作，從機能夠回復物品位置信息和剩余量并在該物品儲物柜上進行聲光提示。主機進行物品信息提取操作，從機能夠進行信息采集并回復主機。經(jīng)過長期的測試，系統(tǒng)可以達到預期要求，使倉庫的管理更加高效。

5 結語

隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對高效、低成本和智能化的追求越來越高。本文將WLK01L39無線通信技術及嵌入式 ARM 技術結合在一起，利用觸摸按鍵和OLED屏顯示技術進行人機交互。此裝置具有安裝方便，無需繁瑣雜亂的布線，也無需對室內(nèi)電線做任何改動，可擴展性強，具有很強的實用性，適合倉庫中物品種類多、物品數(shù)量大的倉庫和一些存放種類繁多的儲物房使用，具有很好的市場前景。但是作為一個完善的系統(tǒng)需要考慮到用戶的各種需求，可以在此系統(tǒng)的基礎上通過后續(xù)的不斷開發(fā)來實現(xiàn)更多的功能和用途。

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