基于ZigBee與RFID的倉庫貨物智能管理系統(tǒng)設(shè)計

董洛含，劉麗華，逄瑞佳，孫思敏，畢興海，易 茁

(遼寧科技學院 電氣與信息工程學院，遼寧 本溪 117004)

隨著我國物流管理的不斷完善，倉庫存儲智能管理的需求也不斷提高。針對我國倉儲管理數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)操作頻繁、信息內(nèi)容復(fù)雜等問題[1]，文章介紹了基于ZigBee與RFID的倉庫貨物智能管理系統(tǒng)設(shè)計。此系統(tǒng)利用ZigBee組網(wǎng)技術(shù)、WIFI技術(shù)、RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了本項目開發(fā)的用戶網(wǎng)站對貨物信息收集、貨物定位、倉儲環(huán)境監(jiān)測等功能并創(chuàng)建了一體化平臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

文章所設(shè)計的基于ZigBee與RFID的倉庫貨物智能管理系統(tǒng)是遵循物聯(lián)網(wǎng)的三層設(shè)計結(jié)構(gòu)而建立的。感知層利用傳感器來實現(xiàn)貨物定位以及環(huán)境監(jiān)測功能；傳輸層考慮到傳感器之間的通信，利用WIFI與ZigBee通信協(xié)議建立各硬件之間的聯(lián)系；應(yīng)用層設(shè)計網(wǎng)頁與配套的APP來顯示具體信息。

1.1 系統(tǒng)的模塊設(shè)計

1.1.1 硬件模塊

(1)處理器：倉庫貨物智能管理處理模組分為貨物處理模組和中控模組，兩種模組選用型號為NodeMcu和Arduino Nano的開發(fā)板作為處理器。Arduino Nano開發(fā)板主要負責電路連接，通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境；NodeMcu中控板主要負責處理信息并擔任貨架任務(wù)，當有貨物進入倉庫時，RFID讀寫器會讀取貨物的RFID標簽并通過中控板向外發(fā)送。中控板有兩種發(fā)送方式：一是通過中控板自帶的ESP8266模塊發(fā)送，二是通過ZigBee模塊發(fā)送。將信息發(fā)送至中控模組后，中控模組負責將倉庫信息發(fā)送至服務(wù)器并負責處理與用戶的其他交互。

(2)供電：考慮系統(tǒng)的實際部署，系統(tǒng)采用220 V市電作為電源總輸入。

(3)傳感器：選用液位傳感器和火焰?zhèn)鞲衅飨噙B接作為感知倉庫隱藏危險的傳感器，當有火災(zāi)或水患時會給蜂鳴器發(fā)送信息，通過蜂鳴器報警；采用壓力傳感器感知貨物入架和出架。

(4)網(wǎng)絡(luò)搭建：下位機之間的通信方式為ZigBee無線通信，上位機與下位機通訊選擇無線局域網(wǎng)通信方式。選用DL-20類的自組網(wǎng)ZigBee模塊，該類模塊無需手動配網(wǎng)，會自動尋找范圍內(nèi)對等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，再進行無差別或一對一通信。系統(tǒng)總體功能如圖1，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2。

圖1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計圖

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

1.1.2 軟件模塊

手機端APP由基于Android系統(tǒng)的Kotlin語言編寫，可以在最小為9.0的系統(tǒng)上正常運行。PC端由基于Python語言的可視化編寫，基于跨平臺技術(shù)，可在Linux的發(fā)行版系統(tǒng)及Windows 10系統(tǒng)上正常使用。包括查找定位、實時環(huán)境監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析及智能交互等4部分組成。

(1)查找定位：基于ZigBee模塊的無線通信模塊收集信息，實現(xiàn)對貨物的實時定位[2]。

倉庫管理員在倉庫智能存儲管理系統(tǒng)上可以搜索想查找的貨物，便于快速準確前往相應(yīng)的貨物擺放區(qū)，及時調(diào)取貨物。

(2)實時環(huán)境監(jiān)測：通過傳感器實現(xiàn)特定環(huán)境下的環(huán)境監(jiān)測[3]，實現(xiàn)倉庫危險環(huán)境提示。

(3)大數(shù)據(jù)分析：軟件界面可以實時更新貨物存儲信息以及用戶信息，通過軟件界面的操作可以實現(xiàn)貨物的入庫出庫以及已知用戶信息的管理，并對其做大數(shù)據(jù)分析(如圖3、圖4)。

圖4 平臺使用界面設(shè)計圖

(4)智能交互：通過互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的支持，將ZigBee與RFID技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)智能倉儲。

1.1.3 軟硬件通信設(shè)計

基于ZigBee模塊間的通信協(xié)議，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。倉儲管理系統(tǒng)端的ZigBee(從機)和后臺服務(wù)器端連接的ZigBee(主機)，通過ZigBee的自組織網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線傳輸。

1.2 功能描述

1.2.1 主要功能

(1)利用傳感器技術(shù)實現(xiàn)壓力檢測并進行實時貨物入庫監(jiān)測。

(2)倉庫管理員通過PC機端網(wǎng)頁進行貨物信息的管理，并可以通過APP端查看貨物信息，每個貨物通過系統(tǒng)分配一個編碼，粘貼一個RFID軟標識并內(nèi)置一個壓力傳感器。若貨物放置在貨架上，RFID讀寫器會讀取貨物的RFID標簽并通過中控板向外發(fā)送信息(如圖5)。

圖5 用戶查看界面設(shè)計圖

(3)采用ZigBee組網(wǎng)作為傳感器同中控數(shù)組通訊的方式。

(4)制作網(wǎng)頁時設(shè)定各貨物區(qū)域的具體編碼，方便查找貨物所在位置。

(5)實時數(shù)據(jù)顯示：制作網(wǎng)頁分為手機APP端和PC管理端。兩者都可以注冊登錄。倉庫管理員通過APP和PC機實時展示倉庫區(qū)域使用量、所在區(qū)域，存儲情況等相關(guān)信息，圖6為軟件流程圖。

圖6 軟件流程圖

(6)大數(shù)據(jù)分析：企業(yè)倉庫管理員根據(jù)貨物基本信息、貨物出入庫時間及倉庫空間使用率情況等數(shù)據(jù)進行分析，構(gòu)建一體化平臺，實現(xiàn)對倉庫的自動化綜合管理(如圖7)。

圖7 大數(shù)據(jù)一體化平臺設(shè)計圖

1.2.2 輔助功能

查找貨物功能：倉庫管理員在線注冊APP，貨物入庫時通過RFID技術(shù)讀取貨物信息并錄入系統(tǒng)，為了安全起見，貨物只能在平臺上查看信息，如果想要執(zhí)行出庫操作，需要再一次將軟標識靠近RFID讀寫器，然后在數(shù)據(jù)庫中找到相應(yīng)信息，進行出庫。

2 結(jié)語

根據(jù)倉庫智能貨物管理系統(tǒng)的特點，提出了基于ZigBee與RFID的倉庫智能貨物管理系統(tǒng)的設(shè)計方案，既提高了倉儲信息的精度又實現(xiàn)了倉儲管理的實時自動化。通過以上功能實現(xiàn)了貨物進庫、移庫、出庫、盤點等的自動化。