ZigBee在仓储管理中的应用

2011-07-02

电子技术应用 2011年10期

1 前言

仓储作为供应链管理的核心环节，在物流中占据着核心的地位。随着物资存储数量的不断增加，出入库频率急速增长。如何利用现代化技术来高效地管理仓库，实时、全面地掌握仓储信息，已经成为企业在竞争中取胜的重要因素。在仓储管理中，无线化是一个不可避免的发展趋势，是人们追求的目标，它使得仓储管理更灵活、更便捷。

ZigBee无线传感器网络是当前国际上备受关注的无线网络之一，是学科高度交叉的新兴前沿研究热点，其中包含了传感器技术、无线通信技术和嵌入式技术等，具有信息采集、传输和处理的能力。引入ZigBee技术，对仓库到货检验、入库、出库、调拨、移库移位、库存盘点等各个作业环节的数据进行自动化更新，保证仓库管理各个环节数据输入的速度和准确性，确保企业及时准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制企业库存。ZigBee无线传感器网络的发展和广泛应用，将对人们的社会生活产生极大的影响，对产业变革产生巨大的推动作用。

2 仓储管理的系统需求

对条码标签和RFID，许多人应该都比较熟悉，前者使用的是光扫描，扫描器和条码之间不能有任何物理遮挡。后者使用的是“电磁场扫描”，两者之间可以有遮挡。但归根到底，两者所读取的数据，都仅仅是一个身份码而已。真正的数据资料，必须通过读码器所读出的身份码，到预先建立好的数据库中进行查阅。其次，由于条码和RFID的读取方式，都是通过条码和RFID标签微弱的反射或被动耦合的信号来实现的（那些有源和可储存少量数据的RFID实际已经超出RFID本身的定义范围），因而读取距离都非常有限。另外，由于这两种标签本身都不储存数据，信号读取器必须要与数据库相连，因而灵活性差。这些局限性大大限制了它的发挥。因此人们尝试把ZigBee应用于物流管理系统，试图建立一种Zig-Bee和RFID结合使用的应用系统。系统如图1所示。

在标签绑定处，有一个远距离的RFID读写器，通过读取货品上的标签，操作人员将标签上的ID号与货品等信息通过无线ZigBee传输登记到计算机上。之后，由仓储人员将货物进行分类存放。在仓库的日常管理中，如果需要盘点或者其他的处理，只需要一台手持式读写器，通过简单的对产品进行扫描，就可以快速查询到当前的仓库的产品数量和类型，使得原来需要几天的工作量，借助RFID与ZigBee技术，只在几个小时就能完成。如果货品出仓，操作人员只需要通过RFID读写器，扫描一下产品上的标签，将标签的信息通过无线ZigBee在计算机系统上注销就可以了。

它的主要特点是：远距离信息读取、数据写入，读写设备十分简单可靠，价格也十分低廉。由于在仓储通信系统中报文吞吐量较小，所以把ZigBee技术引入到物流领域中是一种切实可行的办法。基于ZigBee技术和RFID技术结合的无线扫描系统能够在物流领域的入库作业环节实现对入库数据的高效采集。能够在出库作业环节通过操作人员对出库产品的扫描核对和确认实现严密管理。保证有效数据识别和数据的传输是整个系统的关键所在，ZigBee具有低复杂度、低功耗、低成本和高容量等特点，它的应用能够对物流水平的提高起到非常大的作用。

致远电子推出CEL生产的ZICM2410模块，具备了低功耗、低成本和高容量等特点，在远距离传输、可靠性和安全性方面表现十分突出，是仓储管理无线通信模块的理想选择。

3 ZigBee技术特点

3.1 低功耗

在仓储管理中，存在节点数多、分布较为分散的特点，不宜频繁更换电源。ZigBee低功耗的特点就显得十分重要。在低耗电待机模式下，2节5号电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长，这是ZigBee的突出优势。单个节点的模块功耗低于100 mW，而且单芯片可实现大部分功能，致远电子推出的ZICM2410 ZigBee模块，每隔10 s发送一次定位数据，使用 550 mAh(放电量约为500 mAh)的电池可以工作13个月。ZICM2410模块电池容量与工作时间计算表如表1所示，电池容量与工作时间的关系如图2所示。

3.2 传输距离

仓库的面积大小不一，有的甚至可以达到1 000 m2，对硬件的传输距离要求比较苛刻。如表1所列的计算表，已经是ZICM2410模块工作在最大通信范围时的功耗，在此功耗下，外置5 dBi的天线，可实现视距500 m的通信，使用板载天线，写字楼内通信距离可达到150 m，基站如果采用有线供电，可以使用大功率高接收灵敏度模块（ZICM2410P2），实现视距1 500 m的通信距离。ZigBee模块参数如表2所示。

表2 ZigBee模块参数

3.3 高容量

Zigbee可采用星状、簇状和网状网络等结构，可工作在单主节点或多主节点的模式下，可由多到65 000个无线数据传输模块构成网络平台。为实现ZigBee设计者的初衷，必须要配合相应的路由协议程序，实现“接力跑形式”的传递，参考了ZigBee 2006协议栈和一些MESH网络协议，推出了精简型快速的ZLGnet无线路由协议。

相比于标准ZigBee协议栈，ZLGnet具有路由查找速度快、路由策略稳健等特点，使用自带的配置软件即可实现路由表的获取，并可以知道哪个节点的信号强度最弱，这在布设基站的时候，非常有用。如图3所示。

3.4 低成本

在仓储管理中，存在的节点数有时会多达上千个，成本无疑是用户最关心的问题。ZigBee免协议专利费，每块芯片的价格仅为几美元。致远无线事业部使用2.4 GHz射频芯片设计生产的ZigBee模块ZM2410，已完成射频前端及整机设计验证、板材及加工工艺攻关、射频一致性测试、高品质射频器件采购存货等前期准备工作，具备本土优势和品质保障的模块，价格上非常有优势。

3.5 免执照频段

Zigbee采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段、2.4 GHz、915 MHz(美国)和 868 MHz（欧洲）。相比于绕射能力更强的低频段无线通信技术，2.4 GHz的 ZigBee有着更准确的信号强度指示，更大的数据通信率，说到通信速率，433 MHz最大100 kb/s的通信速率似乎也够用了，但是10倍于433 MHz最大传输速率的ZigBee技术(ZICM2410模块可达1 Mb/s)，通信速率将可以承载更多的应用，如体征数据传输、环境参数采集以及下行信息控制等。

4 展望

本文介绍了ZigBee在仓储管理中的应用以及ZigBee的技术特点，在以上介绍的仓储管理方案中，我司已经取得不小的成绩，在国内一些仓库中有所应用。为适应技术发展的变革，我们需要不断了解市场新技术的动向，在无线技术不断发展的趋势下，采用ZigBee将会带领我们的产品走向一个新的高度。长期以来，市场上对低价格、低传输率、短距离、低功耗的无线通信产品都有很大的需求。Zig-Bee这一射频通信领域最有潜力的技术会在更多的领域应用，更加深入地影响人们的生活。下一步我司将会加大ZigBee推广的力度，让智能无线产品早日走进千家万户。