随着电子商务平台的蓬勃发展,物流使用的仓库越来越多,给传统的仓库管理带来了压力。货物从一个地方送达另外一个地方,这其中包括货物的进出、分类与包装、运输等多个环节。在这些环节中,有些仓库货物进出的管理还是采用人工扫描二维码或者条形码的形式完成,这样的人工操作使得工作效率比较低、工作量大,并且还容易出错。本文设计了一个以以射频识别技术为基础[1,2]的设计的智能仓库货物管理系统,可以更有效地统计货物的数量,对仓储的环境进行监控,可实时查询物品的数量信息等,从而对货物实现了高效的管理。

本系统最终要完成分布式的仓库货物管理系统,各个点都将所有的数据传送到后台,目前是完成了两个仓库点独立的数据采集和运行。每个仓库点的硬件设计和软件设计类似,在系统控制时,除了自动化工作外,还可以采用红外遥控的方式对其进行远距离的人工控制。仓库的货物都具有由天线和存储芯片构成的电子标签,通过RFID技术完成对货物的扫描,实现批量处理和单一处理,货物统计的数据量通过WIFI无线传输模块给后端。系统会实时采集货物存放位置的环境数据,采用AT指令控制无线模块将数据传输给客户端,出现异常情况时,客户端的仓管员会及时收到信息并进行处理,减少损失。所有仓库货物数据量信息通过STM32的ADC通道处理完后实时显示在液晶显示器上,管理员方便观察和统计。图1是一个仓库点的货物管理设计框架图。

图1 仓库点的货物管理设计框架图   下载原图

一个仓库点的货物管理系统的硬件设计共分为6个模块,电路是在Designer Summer 09软件中完成,通过J-Link接口将程序代码下载到硬件上。

主控模块采用STM32F103处理芯片[3]3],外围管脚多,配有12位的ADC,还有I2C、LIN、SPI及串口等接口。实现各类传感器数据的获取,并控制整个系统的流程。

该模块选用的是RFID-RC522模块,是通信设备中一款非接触式高集成度的读写卡芯片[4]4],通信协议选择的是SPI协议,传输速率高达424kbit/s,主要是为了检测统计货物的进出。不同于其他传统条形码,该模块不需要被检测标签在可视范围内也可以识别,具有速度快、操作方便的优势。

ESP8266模块是支持UART的WIFI模块[5]5],有3种工作模式,包含了TCP/IP协议栈。主要实现网络的连接,将环境监测的数据传送给仓管员的手机端。

仓库环境检测中采用DHT11检测货物所处环境中的温度和湿度[6]6],可以设置特殊货物所需的环境要求。采用火焰传感器检测货物是否着火,火焰越大,可测的距离越远。采用烟雾传感器MQ-2检测货物周围是否有烟雾,这款传感器的灵敏度很高,测量效果好。

红外遥控器采用的是一体化接收头,发射的距离可以达到8米,采用标准38kHz的调制信号。主要是实现对系统整体功能的控制,可以按下具体按键实现界面的切换、观察货物进出等细节。

液晶显示器使用TFT显示屏,支持256种色彩显示,开发比较简单,显示效果良好。主要显示本仓库点的温度、湿度、烟雾和火焰的检测情况,包括今日的进出口总量信息等。

软件编程主要是在Keil uVision5编译器中完成,采用uC-GUI-BitmapConvert.exe和uC-GUI-FontConvert.exe分别完成图片和字体的取模。

主程序中先完成对多个资源的初始化,主要是实现时间的计时和多任务的调用。每一秒的定时是在系统滴答定时器的中断服务程序中完成的。设计中断服务程序时,将定时器的中断周期配置为1ms,进入中断的次数达到1000次就是1s,则将秒计时的标志位变为1。此时主程序中就完成秒的加1。主程序的流程图见图2所示。

图2 程序主流程图   下载原图

程序的功能模块比较多,需要切换不同的显示界面,因此需要合理的任务调度安排才可以使得程序能有序的进行。主要设计方法是在主程序中设计任务调度程序,在不同的时间点执行不同任务服务函数。核心就是要在执行调度函数前需要获取当前的定时时间,把该时间组设为只响应相应任务函数的判断条件。图3的流程图中就是对液晶显示界面的服务函数、环境检测的服务函数、射频识别服务函数、红外遥控服务函数的时间周期进行控制,满足对应时间调用相关函数。

图3 任务调度设计流程图   下载原图

智能仓库货物管理系统的界面比较多,需要显示操作过程的一些界面。主要是显示货码信息、时间信息、货物量信息、温度数据信息等。通过红外遥控按键的“+”和“-”可以实现界面的跳转。仓库货物管理系统中主要包含的用户界面设计如下图4。

图4 显示界面设计信息图   下载原图

要获取环境的数据,调试软件先对网络进行配置,通过ESP8266 WIFI模块连网,将接收到的传感器数据发送给仓管员,当出现异常情况,则会有预警信息发送。图5是网络连接配置和仓管员手机端接收数据图。

图5 网络连接和接收数据图   下载原图

为了提高仓库货物的管理效率,基于RFID和嵌入式技术完成了一种仓库货物管理系统。通过系统的测试,证明了仓库货物管理系统的可行性,实现了预期的效果,后期将系统进行分布式设计,采样更多仓库的管理信息,实现大型网络管理模式。