基于wifi定位的仓储物料管理系统研制

摘要：为提高部队后勤保障能力，针对在仓储物料管理信息化过程中急需解决的物料管理手段落后、物料信息采集不及时等现状，设计了基于wifi定位的物料管理系统，并详细阐述该系统功能。通过对该系统的实施，可以做到真正有效的对物料的实时管理、跟踪和控制。在此基础上，辅以数据库系统，极大的提高了生产效率。

关键词：wifi；无线定位；数据库；物料仓储系统；标签

中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）07-1661-04

1 概述

目前在仓储物料的实际管理中主要有以下几个难题：一是由于物料众多而人力资源有限，导致物料管理人员即使确定了物料所在的仓库，也要在仓库内部搜寻相当长的时间才能找到对应的物料，有时甚至要多次往返多次来核对仓储信息；二是即使确定了物料的具体区域位置，也无法找出最合适的最经济的物料，如常用的铜缆，每次使用都会剩余不同的长度，而每次使用需求也各不相同，最经济的方法是找出最适合的长度给使用者，避免每次都打开新的包装箱，但是由于人力资源有限，在短时间内很难找到最适合使用者的铜缆箱在哪个位置；三是由于每个仓库面积很大，在一次提取多个物料时，经常在仓库内绕圈走出很多多余的路线，即浪费时间又浪费人力。

基于以上难题，该文提出了基于wifi定位的仓储物料管理系统。该系统为每一个物料都贴上一个wifi定位的标签，仅需在每个仓库内布置五个无线wifi的AP即可将仓库内的所有物料全部定位出来，定位精度在两米范围内。再辅以数据库系统，即可实时查找出最适合的物料在哪个仓库的哪个具体位置，这个设计实现了仓储物料的高效信息化管理，极大的提高了部队后勤保障能力。

2 總体设计

考虑到该系统在wifi定位运算和数据库上需要较大的运算量，所以上位机系统我们选择在服务器配置的高性能计算机上完成，系统总体框图如图1所示。

如图1所示，贴在每个物料上的wifi标签发送特定信息包给AP，AP获得wifi标签数据后将信息转发给交换机，然后交换机将信息转发给服务器，即图1中的高性能计算机。由计算机内的操作系统将数据转给wifi定位引擎，定位引擎解算出每个标签的实时位置信息后存入数据库中，管理层软件负责与用户进行交互。用户输入要查询物料后，管理层软件通过数据库获得客户查询的物料所在的具体位置，并显示给客户。该系统中，wifi定位引擎中间件经过论证，选用上海聚美物联网科技有限公司的产品，该引擎可以适用于任何AP，完全无需改动AP，且定位精度高，支持快速二次开发。

3 系统关键技术设计与实现

为使系统效率有更进一步的提升，我们重新设计了管理层软件和wifi标签。

3.1 管理层软件

管理层软件主要负责和用户交互。考虑到实际需要，我们使用VS2008下的C#进行开发，该环境可以方便的与数据库进行交互。软件分为入库管理和出库管理两个界面，入库管理时需要输入剩余物料信息和标签ID；出库管理界面只要输入物料名和物料用量，软件即可自动在数据库中搜索最合适的物料，并显示出从数据库中获得的物料的具体位置。同时，为了配合wifi标签的管理，软件还实时的显示标签内电池的剩余电量，当电量低于进入告警状态时，自动在该物料下次出库时提示更换标签电池。

软件框图如下图2所示：

图2 软件流程图

3.2 wifi标签设计

物料标签与人员定位的标签稍有不同，人员的位置时刻在发生变化，而物料一旦进入仓库后位置便不再发生变化，所以我们在设计标签时，加入了振动传感器。当振动传感器没有输出时，即物料已经放入仓库后，标签仅连续发送三个数据包后便进入省电模式，直到再次移动后，通过振动传感器产生的中断唤醒标签，标签再次实时发送数据包。

3.2.1 wifi标签硬件设计

wifi标签硬件设计的原理图如图3所示。

图3中，电源芯片选用ADP2503，该电源芯片具有升压-降压式稳压功能，即电池输出在2.7V～3.6V之间时，都能进行3.3V稳压输出。使用这种芯片可以扩宽电池的选择范围，并延长电池的工作时间，wifi标签软件上设计成电压低于2.9V即发送低压报警数据包，在这种电源芯片和软件控制下，显示低压报警后，仍能正常工作3个月；振动传感器在电路逻辑上相当于一个开关，所以图3中使用开关符号描述，当有振动时，相当于开关断开，输出高电平，该高电平直接连接到主控芯片的中断输入端；主控芯片选用GS1011，该芯片具有集成wifi功能，同时内部有两个arm7内核，一个arm7内核供wifi的mac层使用，另一个arm7内核供用户使用。为了开发方便，我们直接购买了上海聚美物联网公司提供的GS1011模块，该模块直接封装了GS1011芯片所需的所有外设，如晶振、滤波电容等，且保留原芯片全部I/O接口供用户使用。为了使用方便，该设计在wifi标签上增加了两个指示灯，分别是wifi连接指示灯和工作指示灯，当wifi连接正常时，在每次发送数据包完成后，wifi连接指示灯闪烁一次，当wifi连接异常时，wifi连接指示灯一直闪烁；工作指示灯用于描述该标签的工作状态，如睡眠态、发射态、低压态、监听态等，便于管理。

标签客体设计成多功能形式，既可以通过在凹槽内涂抹双面胶的形式固定在物料上，也可通过凹槽上的固定扣悬挂在物料上。将振动传感器关闭后，该壳体可以通过腕带固定在人体手腕上，变成人员使用的标签。

标签的实物如图4所示：

3.2.2 wifi标签软件设计

wifi标签软件设计主要是核心芯片GS1011的编程。GS1011芯片编程主要是对供用户使用的arm7内核进行编程，软件共分为三层：在arm7上的嵌入式操作系统开发、网络协议层开发和应用层开发，其中嵌入式的操作系统使用上海聚美物联网科技有限公司提供的微型操作系统，该操作系统可支持16个任务设计并做到即时中断响应。网络协议层修改并移植了treck公司的treck tcp/ip协议栈，经过测试，该协议栈具有很好的实时性。应用层开发时主要是对系统层和网络层的调用。应用层的核心设计如下：

1）定义系统的传输报文格式

[数据头＼&第一个AP相关信息＼&第二个AP相关信息＼&本机MAC（6字节）＼&BattVal：X.XV；（13字节）＼&扫描到的AP数量（2字节）＼&第一个AP的MAC地址（6字节）＼&第一个AP的RSSI（1字节）＼&第一个AP的信道（1字节）＼&第一个AP的SSID字符数（1字节）＼&第一个AP的SSID（32字节）＼&同第一个AP＼&16进制＼&Ascii码＼&Ascii码＼&16进制＼&16进制＼&Ascii码＼&16进制＼&Ascii码＼&同第一个AP＼&]

2）设计系统默认发送间隔

第一步：打开定时器

第三步：设置系统定时间隔

#define APP_SM_NORMAL_CFG_DFLT_REMOTE_MGMT_FREQ TIMER_INTERRUPT_1_S * 30

通过对宏定义的设置将系统定时发送间隔设置为30秒

3）wifi标签网络配置

5）在main函数中调用这些配置，并新建一个任务，完成发送。

通过试验，该设计代码可以通过wifi无线网络稳定发送上位机系统所需信息包，并可通过振动感应器进行唤醒，根据图1中一般交换机的默认配置，系统最多可支持65535个标签。

4 结论与展望

本文提出的系统经过短时间的使用，极大提高了工作效率，物料管理人员可以快速的找到需要的物料。为了进一步提高该系统的实用性，使之能便利地运用在复杂的仓储环境中，未来我们需要对该系统进行优化。目前正在进行继续优化的工作如下，一是加入语音识别中间件，基于此，操作人员可以不用来到计算机操作台，直接在仓库中即可通过语音命令计算机的方式获得物料具体位置。二是在仓库中增加远距离传送带，真正实现物料自动配送。

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