基于K60与CC2530的无线智能仓储管理系统的研究

闫文娟，王红磊（南京机电职业技术学院 江苏 南京　211135）

基于K60与CC2530的无线智能仓储管理系统的研究

闫文娟，王红磊
（南京机电职业技术学院 江苏 南京211135）

为了提高仓储管理系统的布线灵活度，提高仓储管理效率，本文设计了一种以K60与CC2530为核心的高性能无线智能仓储管理系统，系统采用ZigBee无线组网，集成了仓储环境数据采集、分析、处理和门禁管理等功能。通过仓储环境的实际应用，系统在数据采集、网络传输和控制方面性能稳定，降低了25％的人力成本，提高了30％的效率，达到了预期效果。

仓储管理；ZigBee；RFID；K60

精准的仓储管理能够有效控制和降低流通与库存成本，是企业保持优势的关键助力与保证。仓储管理系统不仅要求对仓储环境各项参数进行实时监控，还要对仓储的进出人员进行管理与监控。

K60微处理器是基于 ARM Cortex-M4内核的 32位MCU，其优势在于将Cortex-M系列处理器低功耗和良好的信号处理能力结合起来，因此十分适合作为仓储系统的控制和信息处理单元。ZigBee网络技术是一种自动组网的双向无线通信技术，由于ZigBee具有近距离、低功耗、数据传输可靠、网络容量大、兼容性和安全性高、实现成本低等特点，可以嵌入到各种设备中，成为目前最常用的无线网络解决方案。

本仓储管理系统以飞思卡尔的K60微处理器为控制核心，采用ZigBee网络采集各传感器及RFID射频识别模块的数据，提供了方便的人机交互界面和实时监控报警功能，能够准确高效地管理和监控仓储环境和进出人员信息。

1　系统结构

该系统由终端节点和主节点两部分组成。终端节点包括温湿度传感模块、烟雾传感模块、光照传感模块、超声波测距模块、控制电路模块、振动传感模块、ZigBee网络模块、RFID射频模块。主节点包括K60核心板、触摸彩屏、LED灯、ZigBee网络模块及外围电路。两节点之间采用ZigBee 2007协议进行无线数据通信。ZigBee网络突破了传统布线的种种限制，使各个节点在ZigBee通信范围内能够灵活安放。系统结构图如图1所示。

图1　系统结构图

终端节点能自行检测仓储环境中的温湿度、烟雾、光照等参数，并能将采集、处理后的数据通过ZigBee网络与主节点进行通信，主节点的ZigBee网络模块通过串口与K60核心板通信。

振动传感模块和RFID射频识别模块用于仓储门禁系统，主要用于进出仓储的人员管理，如果出现对振动条件要求苛刻的货物，振动模块也可用于检测货物的振动，RFID射频模块也可用于物品标签信息的读取；控制电路模块包括驱动电路、数字或开关量控制、红外遥控等电路，可以实现对相关设备的管理控制。

2　系统硬件设计

2.1终端节点

终端节点包括两个子模块：传感器/RFID射频识别模块和ZigBee网络模块。传感器/RFID射频识别模块嵌入了飞思卡尔的MKL04Z16VLC4微控制器，可以实现对传感器采集数据的处理，使之转换为便于ZigBee网络传输的数据。

ZigBee网络模块采用TI公司的CC2530单片机为主控芯片。CC2530是在2.4 GHz频段推出的第二代支持 IEEE 802.15.4/ZigBee协议的片上系统芯片，其内部集成了高性能RF收发器、工业标准增强型 8051 MCU内核、256KB FlashROM和8 kB RAM。RFID射频识别模块采用NXP公司的MF RC522非接触式读写卡芯片，是一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片。RFID射频模块的任务是检测设别IC卡片，采用高频（13.56 MHz，HF段）频段，用于管理进出仓储人员。终端传感器节点电路框图如图2所示。RFID射频识别模块电路框图如图3所示。

图2　终端节点电路框图

图3　RFID射频识别模块电路框图

2.2主节点

主节点包括K60核心板、TFT触摸屏、LED灯，OV7670图像传感器模块和ZigBee网络模块。主节点电路框图如图4所示。K60芯片的集成度较高，配备丰富的模拟、通信、定时和控制外设，提供不同级别的CPU频率，最高可达100 MHz，可以高速的对大量数据进行处理。选用TFT触摸屏避免了繁琐的按键设置，提供一种更加直观的人机交互方式。LED灯配合蜂鸣器提供报警等功能。OV7670是数字图像传感器，具有体积小，工作电压低等优点，OV7670的VGA图像刷新最高速为30帧/秒，使用时可以通过SCCB总线自由设置图像的质量、数据的格式和图像信息传输方式。图像传感器模块配合RFID模块和振动传感模块采集图像数据，便于更好管理进出仓储空间人员和货物。ZigBee网络模块主要负责ZigBee网络的组建和提供终端节点和主节点的数据通信。

图4　主节点电路框图

3　系统软件设计

3.1软件概述

软件设计实现仓储系统人机交互界面、系统参数设置、数据采集报警回看和控制等功能。系统采用IAR软件开发环境，利用模块化结构进行编程设计。软件总体结构如图5所示。

图5　软件结构

3.2终端节点软件设计

该模块可实现供应商分类管理，实现合格供方的审核与积极评价功能、自定义审核流程；支持管理供应商资质档案管理（文档或图片形式），支持提取合格供方目录；实现供应商有效管控，物资采购采用合格供方提供供货范围内的物料。

终端节点实现自动检测仓储环境各项参数，并把这些参数转换后通过ZigBee网络发送出去，另外终端节点也可以接收和执行主节点发来的管理控制命令对相关设备进行管理控制，达到自动或手动监控的目的。RFID射频识别模块用于识读员工IC卡，进行门禁的管理。终端传感器节点程序流程图如图6所示。RFID射频识别模块程序流程图如图7所示。

3.3主节点程序设计

主节点程序主要是实现接收各终端节点模块发来的数据，并对数据进行分析、处理后形成相应的控制命令，对设备进行管理、控制以及报警等功能，并提供人接交互界面。操作界面主要包括欢迎界面、主页、监测控制子界面、组网子界面、回看子界面、设置子界面，其中监测控制子界面流程图如图8所示。

下面以“温度测量界面”为例介绍系统控制过程，温度传感模块节点每隔15分钟（可调）将测量及处理后的温度数据，通过ZigBee网络发送给K60，k60接收到温度数据后在屏幕上绘制温度变化折线图，并与设置的温度上限和下限进行比较。当温度数据处于正常范围内，LED绿灯正常闪烁；当温度数据超过上限时，LED红灯快速闪烁；当温度数据超过下限时，LED蓝灯慢速闪速。“光强”，“烟雾”，“测距”测量过程与温度测量过程相同。当系统进入RFID或振动测量界面后，在RFID模块读卡成功或者振动模块检测到振动后，k60主控芯片启动图像传感器进行图像采集，并将图像保存至存储卡。

图6　终端传感器节点程序流程图

图7　RFID模块程序流程图

4　结论

图8　监测控制子界面流程图

本系统设计基于K60微处理器，利用ZigBee网络无线组网，实现了对仓储环境信息的无线检测和相关设备的管理控制，同时系统集成了RFID模块和图像传感器模块，实现了仓储的门禁系统管理和图像的采集。该系统通过仓储环境的实际应用，系统在数据采集、网络传输和管理控制方面性能稳定，不仅可以对仓储环境各项参数进行实时监控，同时也可以对仓储的进出人员进行了有效的管理与监控，降低了25％的人力成本和设备成本，提高了30％的管理效率，取得了良好地效果。本系统具有体积小、成本低、安装简单、网络结构灵活、工作稳定等优点，有一定的实用性、灵活性、可扩展性和可操作性，也可以被广泛地应用于其他领域。

［1］张馨予.RFID技术在仓储管理中的应用［J］.自动化与仪器仪表，2014（11）：87-89.

［2］方龙雄.RFID技术与应用［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［3］张明会，徐瀚，孙忠海.基于RFID与条码的智能仓储管理系统设计［J］.物流科技，2014，（12）:78-79.

［4］邬春明，刘杰.ZigBee/RFID技术在仓储盘点及安防中的应用［J］.东北电力大学，2012，24（2）:67-69.

［5］曾德贵.基于RFID技术的自动化立体仓储管理系统的应用研究［J］.物流技术，2014，3（3）：34-36.

［6］田世海.刘笑静.智能仓库出入库系统优化研究［J］.计算机应用研究，2015，32（5）：57-59.

Design of wireless intelligent warehouse management system based on K60 and CC2530

YAN Wen-juan，WANG Hong-lei
（Nanjing Technological College of Machinery and Electricity，Nanjing 211135，China）

In order to improve warehouse management system wiring flexibility and improve the efficiency of warehouse management，wireless intelligent warehouse management system is designed based on K60 and CC2530 in this paper，the system uses ZigBee wireless networking and integrates the functions of data acquisition，analysis，processing and access control of warehouse environment.Through the practical application of the storage environment，the system possess high-performance characteristic in data acquisition，network transmission and control system performance.System is applied to reduce labor cost of 25％，improve the efficiency of 30％.The experiment results are good.

warehouse management；ZigBee；RFID；K60

TN99

A

1674－6236（2016）07-0088-03

2015-06-15稿件编号：201506157

闫文娟（1977—），女，江苏南京人，硕士研究生，讲师。研究方向：物联网应用技术。