陳舒益

(福建師范大學協(xié)和學院 福建 福州：350117)

隨著電子商務平臺的蓬勃發(fā)展，物流使用的倉庫越來越多，給傳統(tǒng)的倉庫管理帶來了壓力。貨物從一個地方送達另外一個地方，這其中包括貨物的進出、分類與包裝、運輸等多個環(huán)節(jié)。在這些環(huán)節(jié)中，有些倉庫貨物進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。本文設計了一個以以射頻識別技術為基礎[1-2]的設計的智能倉庫貨物管理系統(tǒng)，可以更有效地統(tǒng)計貨物的數量，對倉儲的環(huán)境進行監(jiān)控，可實時查詢物品的數量信息等，從而對貨物實現了高效的管理。

1 整體概述

本系統(tǒng)最終要完成分布式的倉庫貨物管理系統(tǒng)，各個點都將所有的數據傳送到后臺，目前是完成了兩個倉庫點獨立的數據采集和運行。每個倉庫點的硬件設計和軟件設計類似，在系統(tǒng)控制時，除了自動化工作外，還可以采用紅外遙控的方式對其進行遠距離的人工控制。倉庫的貨物都具有由天線和存儲芯片構成的電子標簽，通過RFID技術完成對貨物的掃描，實現批量處理和單一處理，貨物統(tǒng)計的數據量通過WIFI無線傳輸模塊給后端。系統(tǒng)會實時采集貨物存放位置的環(huán)境數據，采用AT指令控制無線模塊將數據傳輸給客戶端，出現異常情況時，客戶端的倉管員會及時收到信息并進行處理，減少損失。所有倉庫貨物數據量信息通過STM32的ADC通道處理完后實時顯示在液晶顯示器上，管理員方便觀察和統(tǒng)計。圖1是一個倉庫點的貨物管理設計框架圖。

圖1 倉庫點的貨物管理設計框架圖

2 硬件設計

一個倉庫點的貨物管理系統(tǒng)的硬件設計共分為6個模塊，電路是在Designer Summer 09軟件中完成，通過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。實現各類傳感器數據的獲取，并控制整個系統(tǒng)的流程。

2.2 RFID讀標簽模塊

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

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。主要實現網絡的連接，將環(huán)境監(jiān)測的數據傳送給倉管員的手機端。

2.4 環(huán)境檢測模塊

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

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)射的距離可以達到8米，采用標準38kHz的調制信號。主要是實現對系統(tǒng)整體功能的控制，可以按下具體按鍵實現界面的切換、觀察貨物進出等細節(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，開發(fā)比較簡單，顯示效果良好。主要顯示本倉庫點的溫度、濕度、煙霧和火焰的檢測情況，包括今日的進出口總量信息等。

3 軟件設計

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

主程序中先完成對多個資源的初始化，主要是實現時間的計時和多任務的調用。每一秒的定時是在系統(tǒng)滴答定時器的中斷服務程序中完成的。設計中斷服務程序時，將定時器的中斷周期配置為1ms，進入中斷的次數達到1000次就是1s，則將秒計時的標志位變?yōu)?。此時主程序中就完成秒的加1。主程序的流程圖見圖2所示。

圖2 程序主流程圖

3.2 任務調度流程

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調度安排才可以使得程序能有序的進行。主要設計方法是在主程序中設計任務調度程序，在不同的時間點執(zhí)行不同任務服務函數。核心就是要在執(zhí)行調度函數前需要獲取當前的定時時間，把該時間組設為只響應相應任務函數的判斷條件。圖3的流程圖中就是對液晶顯示界面的服務函數、環(huán)境檢測的服務函數、射頻識別服務函數、紅外遙控服務函數的時間周期進行控制，滿足對應時間調用相關函數。

圖3 任務調度設計流程圖

4 調試和運行

4.1 界面顯示

智能倉庫貨物管理系統(tǒng)的界面比較多，需要顯示操作過程的一些界面。主要是顯示貨碼信息、時間信息、貨物量信息、溫度數據信息等。通過紅外遙控按鍵的“+”和“-”可以實現界面的跳轉。倉庫貨物管理系統(tǒng)中主要包含的用戶界面設計如下圖4。

圖4 顯示界面設計信息圖

4.2 環(huán)境檢測數據情況

要獲取環(huán)境的數據，調試軟件先對網絡進行配置，通過ESP8266 WIFI模塊連網，將接收到的傳感器數據發(fā)送給倉管員，當出現異常情況，則會有預警信息發(fā)送。圖5是網絡連接配置和倉管員手機端接收數據圖。

圖5 網絡連接和接收數據圖

5 結論

為了提高倉庫貨物的管理效率，基于RFID和嵌入式技術完成了一種倉庫貨物管理系統(tǒng)。通過系統(tǒng)的測試，證明了倉庫貨物管理系統(tǒng)的可行性，實現了預期的效果，后期將系統(tǒng)進行分布式設計，采樣更多倉庫的管理信息，實現大型網絡管理模式。