基于RS485和TCP通信平臺(tái)的汽車倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)

楊 奕，魯 亮，樊慶玲，李冰洋

(重慶理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院， 重慶 400054)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，私家車代步的趨勢(shì)愈發(fā)明顯，汽車銷售在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中占重要地位。以往汽車銷售模式中，一小部分汽車會(huì)運(yùn)往4S店進(jìn)行展覽銷售，絕大部分則是被暫存于倉(cāng)庫(kù)中，在需要的時(shí)候進(jìn)行調(diào)度。傳統(tǒng)模式在倉(cāng)儲(chǔ)汽車管理方面存在以下3點(diǎn)問(wèn)題：一是人工記錄倉(cāng)儲(chǔ)汽車信息，出錯(cuò)率高；二是汽車調(diào)度時(shí)查找過(guò)程較繁瑣，效率低；三是各地的倉(cāng)儲(chǔ)汽車信息僅限于極小的一個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行共享，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模遠(yuǎn)程調(diào)度。

該系統(tǒng)在當(dāng)前倉(cāng)儲(chǔ)汽車管理模式方面已有一定的改善，主要研究基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，利用RS485和TCP/IP通信合理分配，結(jié)合多區(qū)域目標(biāo)跟蹤重采樣算法，可完整精確地采集倉(cāng)儲(chǔ)汽車的信息，快速、方便、準(zhǔn)確地查找到所需調(diào)度汽車，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的信息共享，支持大規(guī)模遠(yuǎn)程調(diào)度，提高管理效率。

1 智能汽車倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)能實(shí)時(shí)顯示倉(cāng)儲(chǔ)車庫(kù)內(nèi)剩余車位的個(gè)數(shù)和位置，提高其智能化管理水平。為了適應(yīng)大型停車場(chǎng)及多層停車場(chǎng)需求，本設(shè)計(jì)將汽車倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)分為若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)管理若干的車位信息。其包含系統(tǒng)中央控制的上位機(jī)、停車場(chǎng)內(nèi)區(qū)域性控制的中繼站、控制單個(gè)停車位的下位機(jī)，下位機(jī)與中繼站以RS485通信，中繼站和上位機(jī)則以TCP/IP通信[1-5]。倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)平面示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)平面示意圖

2 倉(cāng)儲(chǔ)車庫(kù)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

倉(cāng)儲(chǔ)車庫(kù)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)包括停車定位和顯示系統(tǒng)、出口控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)車庫(kù)管理系統(tǒng)中需要人工引導(dǎo)和記錄，這會(huì)在時(shí)間和精確度上造成一定經(jīng)濟(jì)損失。該系統(tǒng)能快速幫助工作人員找到空閑車位，由控制中心計(jì)算機(jī)控制。汽車出廠時(shí)便注冊(cè)汽車車卡信息，包括其編號(hào)、型號(hào)，工作人員駕駛汽車進(jìn)入車庫(kù)時(shí)無(wú)需再注冊(cè)信息卡，系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別。當(dāng)車需要調(diào)度時(shí)，工作人員可根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)快速找到所需汽車位置，汽車調(diào)離停車位時(shí)，此車位在終端顯示空閑狀態(tài)。汽車駛出車庫(kù)時(shí)，出口射頻讀卡器自動(dòng)識(shí)別，工作人員回收車卡并將車卡信息清空，以便循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)“一輛車一張卡一個(gè)車位”的管理模式。

圖2 倉(cāng)儲(chǔ)車庫(kù)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

3 射頻讀寫模塊設(shè)計(jì)

該模塊的工作方式首先由MCU控制RC522進(jìn)行讀操作，然后根據(jù)所得的數(shù)據(jù)與中繼站機(jī)之間進(jìn)行通信，將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，與上位機(jī)的通信采用RS485。

RFID模塊自動(dòng)識(shí)別并記錄車卡信息，包括進(jìn)庫(kù)、?？亢统鰩?kù)，以此來(lái)完善汽車信息的匹配度；下位機(jī)完整準(zhǔn)確地收集待售汽車從駛?cè)氲今偝龅乃行畔?，包括停車位、車型、駕駛?cè)诵畔⒌龋幌挛粰C(jī)收集的信息通過(guò)中繼站傳送到上位機(jī)，上位機(jī)處理并保存信息；通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)使所有倉(cāng)儲(chǔ)汽車信息在企業(yè)內(nèi)部得以共享，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理的調(diào)度方案。

4 RS485模塊和TCP/IP模塊的合理分配

倉(cāng)儲(chǔ)車庫(kù)管理系統(tǒng)需要存儲(chǔ)汽車的數(shù)據(jù)信息，下位機(jī)與中繼站的通訊采用RS485協(xié)議，而中繼站與上位機(jī)采用TCP/IP相協(xié)議，如圖3所示。RS- 485轉(zhuǎn)換器可將MCU發(fā)出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平傳輸，采用主從通信方式，有效避免了設(shè)備間受共用網(wǎng)絡(luò)的干擾，在加入中繼站的本系統(tǒng)中，極大程度地加大了組網(wǎng)數(shù)、擴(kuò)展了組網(wǎng)范圍。TCP/IP模塊將串口信息以TCP/IP協(xié)議打包，通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送到上位機(jī)中的TCP/IP串口裝置。兩者相結(jié)合使其通訊質(zhì)量穩(wěn)定，不易受外界干擾，能夠以現(xiàn)有的局域網(wǎng)組網(wǎng)，且組網(wǎng)范圍廣，可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)汽車的跨區(qū)域調(diào)配。

圖3 RS485模塊和TCP/IP模塊工作分配

5 上位機(jī)、中繼站和下位機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

本系統(tǒng)軟件部分可大致分為上位機(jī)、中繼站、下位機(jī)3部分，具體流程如圖4所示。

下位機(jī)用于控制1個(gè)停車位，并實(shí)時(shí)將本車位狀態(tài)信息和車輛信息發(fā)送到中繼站；中繼站控制、管理車庫(kù)內(nèi)一個(gè)區(qū)域的車位，主要通過(guò)485總線控制車位的開啟和鎖定，將車位信息和車輛信息通過(guò)TCP/IP傳輸給上位機(jī)，作為管理車輛的原始數(shù)據(jù)；上位機(jī)在系統(tǒng)中央控制中占主導(dǎo)地位，管理整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)車庫(kù)所有車位與車輛信息，并實(shí)時(shí)將信息上傳至服務(wù)器。

下位機(jī)與中繼站的通訊采用RS485協(xié)議，在考慮傳輸效率的情況下降低成本，而中繼站與上位機(jī)采用TCP/IP相協(xié)議，這樣能保證信息的實(shí)時(shí)可靠，并能克服485總線通信距離短，抗干擾能力低的問(wèn)題。多機(jī)共存，多種通信方式相結(jié)合，不僅可有效降低系統(tǒng)成本，還可提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

6 多區(qū)域目標(biāo)跟蹤重采樣算法

系統(tǒng)需要將采集到的倉(cāng)儲(chǔ)車庫(kù)中汽車數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)中繼站傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，遠(yuǎn)距離信息傳輸精準(zhǔn)度有所損耗，為了保證數(shù)據(jù)的精確度、更有效地完成數(shù)據(jù)特征信息的提取，常常需要對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)處理。

RS485通訊隨著距離的增加阻抗變大，傳輸易受到干擾，其精確度有所損耗，同時(shí)考慮到該系統(tǒng)效果、成本和經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題，需對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。為了提高中繼站接收到的數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，本文采用多區(qū)域目標(biāo)跟蹤算法進(jìn)行校驗(yàn)。在線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的估計(jì)問(wèn)題中，Kalman濾波及其相關(guān)的擴(kuò)展算法效果較好，但其受限于對(duì)線性、高斯分布的假設(shè)，不適用進(jìn)行跟蹤的實(shí)際環(huán)境，而粒子濾波算法不受約束，通過(guò)采樣、預(yù)測(cè)、更新的方式近似表達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的時(shí)序分布。

圖4 上位機(jī)、中繼站和下位機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)流程

該系統(tǒng)中上位機(jī)使用STM32F103ZET6掛載DM9000模塊，向中繼站發(fā)出或回傳信息；中繼站使用STM32F103ZET6掛載DM9000模塊和RS485模塊，接收下位機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)，并上傳至上位機(jī)；下位機(jī)使用STM32F103C8T6掛載RS485模塊，向中繼站發(fā)送數(shù)據(jù)。實(shí)例運(yùn)行過(guò)程中，部署10部下位機(jī)、1部中繼站、1部上位機(jī)，所有下位機(jī)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，上位機(jī)將采集的數(shù)據(jù)處理后會(huì)顯示出來(lái)，并與下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)量進(jìn)行丟包率校驗(yàn)。

針對(duì)文獻(xiàn)[6-10]中的多區(qū)域重采樣算法，引入?yún)^(qū)域優(yōu)化權(quán)值b(0

(1)

(2)

文獻(xiàn)[11]中介紹了幾種不同的采樣算法，與殘差重采樣(RR)、確定性重采樣(DR)和多項(xiàng)式重采樣(MR)等經(jīng)典重采樣算法相比，ER具有一定優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)允許接收的數(shù)據(jù)誤差范圍為+0.05%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同重采樣算法下系統(tǒng)的平均誤差

圖5為平均誤差的直方圖，在相同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)下，4種重采樣算法計(jì)算的平均誤差在圖中由左往右依次為0.057、0.083、0.065、0.072，可見(jiàn)在多種重采樣算法中ER重采樣表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。

圖6為校驗(yàn)后的車輛采樣數(shù)量與出錯(cuò)率以及時(shí)間的關(guān)系，經(jīng)分析可見(jiàn)：采用多區(qū)域目標(biāo)跟蹤重采樣算法進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，將對(duì)應(yīng)不同時(shí)間的多個(gè)單頻信號(hào)融合構(gòu)成一個(gè)組合信號(hào)，以利用時(shí)域已知信息并形成信息積累作用，能有效抑制干擾頻率和削弱沖擊噪聲且計(jì)算量增加較少。測(cè)試結(jié)果表明：該方法抗噪性和實(shí)時(shí)性好，頻率估計(jì)精度比現(xiàn)有方法有較大提高。

圖6 重采樣采樣數(shù)量、采樣時(shí)間及出錯(cuò)率對(duì)應(yīng)關(guān)系

7 結(jié)束語(yǔ)

本裝置是用于待售汽車倉(cāng)儲(chǔ)管理的完善系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控倉(cāng)儲(chǔ)車輛的相關(guān)信息，利用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在企業(yè)內(nèi)部共享車輛倉(cāng)儲(chǔ)情況，有效提高了工作效率，降低了出錯(cuò)率，克服傳統(tǒng)的汽車倉(cāng)儲(chǔ)管理模式存在出錯(cuò)率高、效率低、應(yīng)用范圍窄等缺點(diǎn)。系統(tǒng)將自動(dòng)地、完整地收集和管理倉(cāng)儲(chǔ)汽車從駛?cè)氲今偝龅娜啃畔ⅲ{(diào)車出庫(kù)時(shí)，可查看所有的倉(cāng)儲(chǔ)汽車信息，快速準(zhǔn)確地選定出廠汽車，同時(shí)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)可在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行信息共享，滿足遠(yuǎn)地調(diào)度，符合現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的要求，市場(chǎng)前景可望。