智能倉(cāng)庫(kù)貨物管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳舒益

(福建師范大學(xué)協(xié)和學(xué)院 福建 福州：350117)

隨著電子商務(wù)平臺(tái)的蓬勃發(fā)展，物流使用的倉(cāng)庫(kù)越來(lái)越多，給傳統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)管理帶來(lái)了壓力。貨物從一個(gè)地方送達(dá)另外一個(gè)地方，這其中包括貨物的進(jìn)出、分類與包裝、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)環(huán)節(jié)。在這些環(huán)節(jié)中，有些倉(cāng)庫(kù)貨物進(jìn)出的管理還是采用人工掃描二維碼或者條形碼的形式完成，這樣的人工操作使得工作效率比較低、工作量大，并且還容易出錯(cuò)。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)以以射頻識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)[1-2]的設(shè)計(jì)的智能倉(cāng)庫(kù)貨物管理系統(tǒng)，可以更有效地統(tǒng)計(jì)貨物的數(shù)量，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，可實(shí)時(shí)查詢物品的數(shù)量信息等，從而對(duì)貨物實(shí)現(xiàn)了高效的管理。

1 整體概述

本系統(tǒng)最終要完成分布式的倉(cāng)庫(kù)貨物管理系統(tǒng)，各個(gè)點(diǎn)都將所有的數(shù)據(jù)傳送到后臺(tái)，目前是完成了兩個(gè)倉(cāng)庫(kù)點(diǎn)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行。每個(gè)倉(cāng)庫(kù)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)類似，在系統(tǒng)控制時(shí)，除了自動(dòng)化工作外，還可以采用紅外遙控的方式對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)距離的人工控制。倉(cāng)庫(kù)的貨物都具有由天線和存儲(chǔ)芯片構(gòu)成的電子標(biāo)簽，通過(guò)RFID技術(shù)完成對(duì)貨物的掃描，實(shí)現(xiàn)批量處理和單一處理，貨物統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)量通過(guò)WIFI無(wú)線傳輸模塊給后端。系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)采集貨物存放位置的環(huán)境數(shù)據(jù)，采用AT指令控制無(wú)線模塊將數(shù)據(jù)傳輸給客戶端，出現(xiàn)異常情況時(shí)，客戶端的倉(cāng)管員會(huì)及時(shí)收到信息并進(jìn)行處理，減少損失。所有倉(cāng)庫(kù)貨物數(shù)據(jù)量信息通過(guò)STM32的ADC通道處理完后實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示器上，管理員方便觀察和統(tǒng)計(jì)。圖1是一個(gè)倉(cāng)庫(kù)點(diǎn)的貨物管理設(shè)計(jì)框架圖。

圖1 倉(cāng)庫(kù)點(diǎn)的貨物管理設(shè)計(jì)框架圖

2 硬件設(shè)計(jì)

一個(gè)倉(cāng)庫(kù)點(diǎn)的貨物管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)共分為6個(gè)模塊，電路是在Designer Summer 09軟件中完成，通過(guò)J-Link接口將程序代碼下載到硬件上。

2.1 主控芯片

主控模塊采用STM32F103處理芯片[3]，外圍管腳多，配有12位的ADC，還有I2C、LIN、SPI及串口等接口。實(shí)現(xiàn)各類傳感器數(shù)據(jù)的獲取，并控制整個(gè)系統(tǒng)的流程。

2.2 RFID讀標(biāo)簽?zāi)K

該模塊選用的是RFID-RC522模塊，是通信設(shè)備中一款非接觸式高集成度的讀寫(xiě)卡芯片[4]，通信協(xié)議選擇的是SPI協(xié)議，傳輸速率高達(dá)424kbit/s，主要是為了檢測(cè)統(tǒng)計(jì)貨物的進(jìn)出。不同于其他傳統(tǒng)條形碼，該模塊不需要被檢測(cè)標(biāo)簽在可視范圍內(nèi)也可以識(shí)別，具有速度快、操作方便的優(yōu)勢(shì)。

2.3 WIFI模塊

ESP8266模塊是支持UART的WIFI模塊[5]，有3種工作模式，包含了TCP/IP協(xié)議棧。主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接，將環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳送給倉(cāng)管員的手機(jī)端。

2.4 環(huán)境檢測(cè)模塊

倉(cāng)庫(kù)環(huán)境檢測(cè)中采用DHT11檢測(cè)貨物所處環(huán)境中的溫度和濕度[6]，可以設(shè)置特殊貨物所需的環(huán)境要求。采用火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)貨物是否著火，火焰越大，可測(cè)的距離越遠(yuǎn)。采用煙霧傳感器MQ-2檢測(cè)貨物周圍是否有煙霧，這款傳感器的靈敏度很高，測(cè)量效果好。

2.5 紅外遙控模塊

紅外遙控器采用的是一體化接收頭，發(fā)射的距離可以達(dá)到8米，采用標(biāo)準(zhǔn)38kHz的調(diào)制信號(hào)。主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)整體功能的控制，可以按下具體按鍵實(shí)現(xiàn)界面的切換、觀察貨物進(jìn)出等細(xì)節(jié)。

2.6 液晶顯示模塊

液晶顯示器使用TFT顯示屏，支持256種色彩顯示，開(kāi)發(fā)比較簡(jiǎn)單，顯示效果良好。主要顯示本倉(cāng)庫(kù)點(diǎn)的溫度、濕度、煙霧和火焰的檢測(cè)情況，包括今日的進(jìn)出口總量信息等。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件編程主要是在Keil uVision5編譯器中完成，采用uC-GUI-BitmapConvert.exe和uC-GUI-FontConvert.exe分別完成圖片和字體的取模。

3.1 主程序流程

主程序中先完成對(duì)多個(gè)資源的初始化，主要是實(shí)現(xiàn)時(shí)間的計(jì)時(shí)和多任務(wù)的調(diào)用。每一秒的定時(shí)是在系統(tǒng)滴答定時(shí)器的中斷服務(wù)程序中完成的。設(shè)計(jì)中斷服務(wù)程序時(shí)，將定時(shí)器的中斷周期配置為1ms，進(jìn)入中斷的次數(shù)達(dá)到1000次就是1s，則將秒計(jì)時(shí)的標(biāo)志位變?yōu)?。此時(shí)主程序中就完成秒的加1。主程序的流程圖見(jiàn)圖2所示。

圖2 程序主流程圖

3.2 任務(wù)調(diào)度流程

程序的功能模塊比較多，需要切換不同的顯示界面，因此需要合理的任務(wù)調(diào)度安排才可以使得程序能有序的進(jìn)行。主要設(shè)計(jì)方法是在主程序中設(shè)計(jì)任務(wù)調(diào)度程序，在不同的時(shí)間點(diǎn)執(zhí)行不同任務(wù)服務(wù)函數(shù)。核心就是要在執(zhí)行調(diào)度函數(shù)前需要獲取當(dāng)前的定時(shí)時(shí)間，把該時(shí)間組設(shè)為只響應(yīng)相應(yīng)任務(wù)函數(shù)的判斷條件。圖3的流程圖中就是對(duì)液晶顯示界面的服務(wù)函數(shù)、環(huán)境檢測(cè)的服務(wù)函數(shù)、射頻識(shí)別服務(wù)函數(shù)、紅外遙控服務(wù)函數(shù)的時(shí)間周期進(jìn)行控制，滿足對(duì)應(yīng)時(shí)間調(diào)用相關(guān)函數(shù)。

圖3 任務(wù)調(diào)度設(shè)計(jì)流程圖

4 調(diào)試和運(yùn)行

4.1 界面顯示

智能倉(cāng)庫(kù)貨物管理系統(tǒng)的界面比較多，需要顯示操作過(guò)程的一些界面。主要是顯示貨碼信息、時(shí)間信息、貨物量信息、溫度數(shù)據(jù)信息等。通過(guò)紅外遙控按鍵的“+”和“-”可以實(shí)現(xiàn)界面的跳轉(zhuǎn)。倉(cāng)庫(kù)貨物管理系統(tǒng)中主要包含的用戶界面設(shè)計(jì)如下圖4。

圖4 顯示界面設(shè)計(jì)信息圖

4.2 環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)情況

要獲取環(huán)境的數(shù)據(jù)，調(diào)試軟件先對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，通過(guò)ESP8266 WIFI模塊連網(wǎng)，將接收到的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給倉(cāng)管員，當(dāng)出現(xiàn)異常情況，則會(huì)有預(yù)警信息發(fā)送。圖5是網(wǎng)絡(luò)連接配置和倉(cāng)管員手機(jī)端接收數(shù)據(jù)圖。

圖5 網(wǎng)絡(luò)連接和接收數(shù)據(jù)圖

5 結(jié)論

為了提高倉(cāng)庫(kù)貨物的管理效率，基于RFID和嵌入式技術(shù)完成了一種倉(cāng)庫(kù)貨物管理系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng)的測(cè)試，證明了倉(cāng)庫(kù)貨物管理系統(tǒng)的可行性，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的效果，后期將系統(tǒng)進(jìn)行分布式設(shè)計(jì)，采樣更多倉(cāng)庫(kù)的管理信息，實(shí)現(xiàn)大型網(wǎng)絡(luò)管理模式。