智能仓储管理系统的设计与实现

郭　鹏，周　俊,胡　慧

(1.湖南工程学院 计算机与通信学院，湘潭 411104；2.湖南工程学院 电气信息学院，湘潭 411101)



智能仓储管理系统的设计与实现

郭鹏1，周俊1,胡慧2

(1.湖南工程学院 计算机与通信学院，湘潭 411104；2.湖南工程学院 电气信息学院，湘潭 411101)

针对传统仓储管理浪费人力、消耗财力、效率低下等问题，智能仓储管理系统利用RFID和ZigBee信息技术实现了货物的智能入库、拣货、出库，并可实时监控仓库的温湿度、烟雾等储存环境.从系统运行效果看，智能仓储管理真正做到了无人值守和实时监控.

智能仓储；ZigBee；RFID

0　引　言

传统的仓储管理以人为干预为主，从入库、拣货到出库基本上都是依靠人力完成，以至于人力物力消耗巨大，效率很低.依赖于信息技术的智能仓储管理虽然已经引入了一些智能化设备，但总体上仍然处于初始阶段，主要表现在行业内缺乏统一的标准，智能设备的连接以有线为主，不利于仓库的二次改造和布线.

现阶段，智能仓储管理系统逐步开始结合无线通信技术和射频技术[1,2]，这些新技术的引入加速了现有仓储的二次改造和智能化，无线网络在布线上的灵活性，能很好满足智能仓储管理中数据近距离和低速率的需要.同时，随着RFID无线射频技术的发展，从货物入库到出库的整个流程实现了飞跃性的发展和创新性的变革.RFID非接触、读写速度快的特点，使得货物在入库、拣货、出库等环节上可完全实现机器化和智能化.

近来，面向ZigBee网络的智能仓储系统已然成为了当前社会的研究热点，相关方面的理论研究和应用也取得了丰硕的成果.ZigBee具有无线自组网和低功耗的特点，并且可以嵌入到各种移动设备，非常适合对仓库广阔空间内各种环境数据的检测.

1　相关技术

LabVIEW是美国NI公司推出的一种集成开发环境，采用与传统文本字符代码完全不同的图形化编程语言，在程序运行方式上，LabVIEW的G语言程序根据数据流的流动来运行程序，而不是根据指令的空间顺序来运行，所以不具备传统高级语言程序时间局部性和空间局部性的特点.除图形化编程以外，LabVIEW的显著特点是具备功能强大的函数库和丰富的图形界面控件，LabVIEW的函数库包含数据采集、数据分析、数据显示和存储等一系列数据相关函数，图形界面控件包含了外观类似于示波器、万用表等的用户界面，所以LabVIEW非常适合于数据采集系统和虚拟仪器编程、控制和仿真[3].

蓝牙作为低速、短距离、低功耗的无线通信方式，一直以来是工业控制、家用自动控制领域的首选方案，但其功耗大、组网规模小、价格昂贵，基于IEEE802.15.4标准的ZigBee无线通信技术，采用了五层网络架构，传输可靠性高，自组网能力强.通过物理层使用扩频抗干扰技术，MAC层使用CSMA冲突避免和应答重传机制，ZigBee的数据传输可靠性有了很大提高，而在自组网方面，ZigBee采用了直扩方式，各传感器节点可以在1秒内自由加入网络，据统计，蓝牙网络只有8各节点，而ZigBee自组网可以达到65000个节点.

所以，ZigBee无线网络通信技术非常适合具有大量分散传感器的控制领域[4].

RFID是指无线射频技术，作为物联网应用的关键技术，它主要用于非接触的读写目标数据.它由专用的RFID读写器和RFID标签两部分构成，与传统条形扫描采用光信号不同的是，RFID读写器采用的高频率信号，根据供电方式，RFID可分为有源RFID和无源RFID两种，有源RFID使用自供电，可满足远距离高速数据扫描需要，无源RFID使用近距离读写器供电，用于近距离数据读写和定位，由于RFID易于操控、高速率识别、非接触的特点，已被广泛应用到智能交通、医院、智慧城市等智能控制领域.

2　系统设计

2.1系统概要设计

该系统主要功能是实现仓库智能化管理，该系统的功能模块如图1所示.

图1　功能模块图

在智能仓储管理系统中，上位机处理中心是该系统的核心，处理中心中配置有信息处理和监测环境的软件[6]， 可以对入库出库货物的信息进行处理，该系统的运行处理过程为：

(1)上位机和数据库进行数据的交互，对货物的基本信息存取.

(2)温度节点，湿度节点，烟雾浓度节点采集环境数据，并将数据通过ZigBee网络传给ZigBee协调器.

(3)协调器将整合来自出库各个节点的数据，再通过串口传给上位机.

(4)每个货物都携带有特定的RFID标签，通过RFID读写器将信息存储在标签中，同时更新上位机的数据库.

(5)上位机与读写器之间的通信是通过路由器，设定好路由器的IP地址，与上位机通信.

(6)上位机软件处理所有数据信息以及与ZigBee协调器和读写器通信.

2.2系统详细设计

2.2.1ZigBee组网

组建一个完整的Zigbee网络分为两步：第一步是协调器初始化一个网络；第二步是路由器或终端加入网络.

1)协调器初始化一个网络

协调器建立一个新网络的流程如图2所示.

图2　协调器建立网络

(1)检测协调器建立一个新的网络是通过NLME_NETWORK_FORMATION.request发起的，但发起NLME_NETWORK_FORMATION.

(2)信道扫描，协调器发起建立一个新网络的进程后，网络层管理实体将请求MAC子层对.

(3)配置网络参数，如果扫描到一个合适的信道，网络层管理实体将为新网络选择一个PAN描述符.

(4)运行新网络，网络参数配置好后，网络层管理实体通过MLME_START.

通过以上流程协调器就建立了一个网络并处于允许设备加入网络的状态.

2)路由器或终端加入网络

子节点请求通过MAC关联加入网络进程如图3所示.

图3　加入网络

步骤如下：

(1)子节点发起信道扫描

(2)子节点存储各PAN信息

(3)子节点选择父节点

(4)子节点请求MAC关联

(5)父节点响应MAC关联

(6)子节点响应连接成功

(7)父节点响应连接成功

2.2.2上位机软件编写

上位机程序采用Labview实现，功能是编写网络接口与读写器通信，编写串口接口与ZigBee协调器通信.

3　运行效果

3.1货物上架

将货物放置于对应的货架上时，效果如图4所示.

图4　货物上架

3.2环境监测

环境的温湿度以及烟雾浓度监测界面，效果如图5所示.

图5　环境监测

4　结束语

该智能仓储管理系统运用现代信息技术实现对仓储的智能化管理，不仅可以提高货物出入库的效率，实现货品的信息化统计、自动拣货、盘点和管理，而且可以实时监控仓库的温度、烟雾等环境信息，预防火灾等安全隐患的发生. 因此具有很大的现实意义，值得应用和推广.该系统结合了应用广泛的无线通信技术，使得管理更加便捷化，智能化，方便化.如若将本系统移植到移动应用端，那将具有更广阔的市场前景.

[1] 华玉鑫. 仓储管理系统的数据库设计与实现[J]. 信息通信, 2016，(1)：146-147.

[2] 刘晓丽,李平.仓储管理系统的应用与发展[J]. 中国市场, 2013，(18)：13-14.

[3] 杨乐平,李海涛,杨磊.LabVIEW程序设计与应用[M]. 电子工业出版社, 2005.

[4] 李战明,李振兴.ZigBee技术在人员搜救系统中的应用[J]. 电子测量与仪器学报， 2011，25(2)：186-189.

[5] 王晓华.RFID技术在卡片仓库管理系统中的应用[J]. 物流技术， 2008，27(7)：119-123.

[6] 高连周.基于物联网技术的智能物流管理系统的构建[J]. 物流技术， 2012，31(12)：124-125.

Design and Implementation of Intelligent Warehouse Management System

GUO Peng1，ZHOU Jun1,HU Hui2

(1.Colleage of Computer and Communication,Hunan Institute of Engineering,Xiangtan 411104, China;2. College of Electrical & Information Engeering,Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411101, China)

Considering waste of human resources, consumption of financial resources, delay time and other issues for traditional warehouse management, intelligent warehouse management system carries out intelligent warehousing, picking goods and monitoring in real time temperature and humidity, smoke and other storage environment by using RFID and ZigBee information technology. From the view of the system operation effect, the intelligent storage management has realized unmanned and real-time monitoring.

intelligent warehouse; ZigBee; RFID

2016-04-20

郭鹏(1978-)，男，博士研究生，副教授，研究方向：嵌入式系统、语义物联.

TP311.13

A

1671-119X(2016)03-0042-04