寻求智能化、一体化的仓储管理,是现代仓储企业及物流企业以及所有涉及仓储管理的生产制造企业的当务之急[1]。物联网技术具备全面感知、可靠传送和智能处理等基本特征[2],受到了众多物流企业和专家的青睐,该技术的合理利用将会在物流行业演绎新的发展面貌。齐恒基于RFID技术与ZIg Bee网络对物流企业的智能仓储管理系统进行的研究设计[3]、张小波将双层嵌套物联网的智能仓储管理系统在警用装备管理中的成功运用[4]、胡世峰基于物联网技术设计与研究的应急物流管理系统[5]以及无锡粮食科技物流中心应急物资储备智能化仓库建设等都是物联网技术在仓储物流领域应用的成功案例。

随着移动互联网的快速发展和3G/4G网络的迅速普及,移动终端成为了库存管理一个新的研究与发展方向。微信公众服务平台自2012 年被推出以来,吸引了众多用户,用户可直接申请创建公众号,无需进行重新开发,就能够利用微信公众平台所提供的多项服务,包括即时信息推送、界面个性化管理、便捷性管理、移动支付、Web2.0 等[6]。通过该服务平台中提供的高级接口,可以在公众服务平台中植入已有的传统服务。微信交流便捷、操作高效、推送消息丰富精准等特点符合当代用户群体的消费理念、生活方式、交流习惯和渠道圈。

因此,本文将物联网与微信公众服务平台进行有机地结合后融入到仓库管理当中,希望实现随时随地控制仓库设备、监控仓库环境状况、数据监测与查询、信息服务等操作,方便用户管理与操作,促进仓库管理的智能化、信息化的发展。

本文选用凌阳科技公司的物联网开发设计平台,模拟设计智能仓库管理系统,选择微信公众平台完成对智能仓库管理的移动终端管理部分的设计。

物联网开发设计平台分为三部分:无线传感器网络、无线射频识别以及嵌入式网关。无线传感器网络融合了Zig Bee,Wi Fi以及IPv6 (6Lo Pan) 等多种不同形态的网络结构,其中Zig Bee和IPv6 两种网络的节点的主控芯片采用TI公司的51内核芯片CC2530;蓝牙4.0 网络的节点则采用了TI公司的51内核芯片CC2541;Wi Fi网络的节点则采用了凌阳公司的16位的u'n SP内核的芯片SPCE061A。不同种类的单片机开发方式各有差异,可根据实际需要选用合适的无线传感网络。无线射频识别部分,融合了从低频125KHz、到高频13.56MHz、超高频900MHz以及微波2.4GHz的四种频段的射频识别技术。嵌入式网关采用以Cortex- A8 核心的嵌入式实验仪来实现。

微信公众服务平台同样分为三部分:功能、管理、统计。功能包括群发信息、自动回复、多客服、设备管理、自定义菜单和微信连Wi Fi等。管理涵盖三个方面的内容,分别是用户管理、推送的消息管理以及所使用素材的管理。统计则包括了用户分析、推送图文分析、消息分析、接口分析等。

智能移动仓库管理系统实现的具体功能主要分为两大部分:

(1)通过物联网实现现代仓储管理的基本功能:对仓库环境的实时监测,包括温度、湿度、光照等;货物信息数据的查询与管理;仓库设备的简单调用与控制;出现紧急情况可通过GPRS模块及时发送报警信息到管理者的手机的报警功能。

(2)在该仓库管理系统中,将已有的仓库管理功能通过高级接口移植到公众服务平台中,在移动终端随时随地进行仓库管理。包括货物信息快速查询;针对用户行为设置特定的回复内容和丰富的关键字回复规则完成自动回复所需信息;实时监测仓库环境状况;根据用户类别向用户群发文字、图片、图文、语音、视频等消息;通过自定义菜单完成对仓库设备的简单调用与控制;Wi Fi的服务也必不可少,通过此项服务能够更好地沟通线上线下,实现高效管理用户。

智能移动仓库管理系统的框架构建分为两大部分:基于物联网建立智能仓库管理系统和基于微信公众平台构建移动终端管理系统。详细流程如下:(1)通过相应传感器进行实时采集环境参数,例如温度、湿度、光感数据,进行物品刷卡;(2)再通过Zig Bee/Wi Fi/IPv6/ 蓝牙4.0(根据实际网络传输环境选择) 把采集到的环境参数或物品信息发送给前端数据中心(A8);(3)前端数据中心(A8)的M0 线程接收环境参数或物品信息,激活数据库线程,对数据库进行相应的处理。若接收到环境参数,就需要分析环境参数,判断状况,及时处理或及时报警;(4)搭建嵌入式web服务器并实现联网,在PC机上可通过web服务器完成相应的仓库管理操作;(5)构建微信公众平台,利用该服务平台中提供的高级接口,将己有的传统服务移植到公众服务平台中,方便用户随时随地进行仓库管理;(6)发生紧急情况时通过GPRS短信息功能向用户报警。系统框架图如图1 所示。

图1 系统框架图   下载原图

智能仓储管理的特点之一是实现对仓库信息的实时感知,如温度、光照、湿度信息等,以便对不同仓储物品进行区别处理。传感器技术是实现该功能的核心技术之一[7]。本文主要选择以下传感器进行相应信息的采集:(1)采用DHT11 传感器对温湿度信息进行采集;(2)采用ISL29003 传感器对光照强度信息进行采集;(3) 采用CY14443/SPI对RFID信息采集;(4)采用C6B3 传感器进行雨滴监测;(5) 采用MQ- 2 烟雾气敏传感器进行燃气监测;(6)采用HC- SR501 人体红外传感器进行安防监测。

物联网开发设计平台的网络层融合了Zig Bee、Wi Fi、蓝牙4.0、IPv6(6Lo Pan)等多种不同形态的网络结构,能够在各种网络环境中使用。

(1)Zigbee组网模式。Zig Bee网络为星型组网方式,通过设置网络中各个节点的网络拓扑参数使协调器建立一个Zig Bee网络,其他终端节点连接到网络时,直接以协调器节点作为父节点,构成星型网络拓扑结构。并通过数据中心(A8)收集并处理信息后发送到PC端或手机终端进行控制管理(如图2 所示)。

图2 Zig Bee网络拓扑   下载原图

(2)Wi Fi组网模式。在局域网应用中,SPCE061A- Wi Fi模块工作在AP模式。SPCE061A- Wi Fi模块的串口连接用户设备,控制客户端(PC端或手机终端)通过无线网络控制用户设备。远程连接,则利用SPCE061A- Wi Fi模块作为STA,通过网关连接到Internet网上。模块设置成TCP Client,与Internet网上的远端TCP server相连。 用户设备通过串口连接到SPCE061A- Wifi模块。利用该组网可采集用户设备上的数据,并将该数据发送到服务器上进行处理然后存储,相反地,服务器可以发送命令控制用户设备。用户不仅可以通过局域网用手机、PC控制设备,还可以远程通过手机或PC与服务器通信,实现远程数据获取或者远程设备控制(如图3 所示)。

图3 Wi Fi网络拓扑图   下载原图

(3)蓝牙组网模式。蓝牙组网模式为星型网络,其特点是蓝牙4.0 主机通过网络同时连接多个节点设备,在网络中,一个节点设备一旦发送数据完毕,然后断开连接,又可以有新的节点设备加入网络,而且每一个节点设备与主机设备断开连接后,又可以加入另外一个网络,即连接其他主机,这样可拓展多个网络设备(如图4 所示)。

图4 蓝牙网络拓扑图   下载原图

(4)IPV6 组网模式。设备的通信通过在CC2530 上运行Contiki操作系统,利用CC2530 自身具有的无线通信功能,按照u IP功能进行组网,并基于UDP通信进行一些有意义的数据传输(如图5 所示)。

图5 IPV6 网络拓扑图   下载原图

环境参数或物品信息由前端数据中心(A8)的M0 线程进行接收,激活数据库线程后处理数据库,若接收的是环境参数,就需要合理判断分析环境参数并做到及时处理,必要时启动报警。工作流程可细分如下:

(1)系统上电初始化M0 终端上各个设备,包括系统定时器、GPIO口、SPI、UART、IIC等设备,配置系统滴答定时器,并设置其终端为1ms,然后配置中断处理函数,并将秒数精确到1s[8]。M0 终端的液晶屏上显示的结果为第一次采集信息的结果。

(2)主程序轮询判断,环境数据的采集、M0 终端液晶屏的数据显示和数据打包并发送给A8 服务器这些程序是在没有外部中断(接收数据中断、RFID读取中断)的情况下执行的,如若M0 终端没有收到A8 服务器发送过来的指令(即没有执行接收数据中断函数),则M0 终端初始模式切换为自制控制(也就是M0 终端不在A8 服务器控制下,这是可采取自我环境监测以及必要时进行异常报警等);

(3)当有外部RFID刷卡时,其它数据正常采集,RFID中断函数同时对磁卡数据进行采集,校验数据有效性,并发送给A8 服务器;

(4)当出现外部中断接收数据情况时,则由接收数据中断处理函数接收A8 服务器发送过来的指令,再执行不同的设备,将M0 终端切换为A8 服务器,从而控制M0 终端模式;

(5)为了安全稳定的管理机制,对异常行为进行的可能性进行评估并作出相应假设:经常出现的异常行为包括但不限于A8 服务器异常(即A8 服务器不能正常给M0 终端设备发送指令),异常表现为M0 终端在30s内未接收到A8 服务器发送过来的指令,这种情况下可以通过自行切换到M0 终端自制模式的方法,对当前环境进行检测,进而判断是否有异常情况发生,最后决定有无必要打开蜂鸣器报警以及通过GPRS模块进行短信报警。

嵌入式web服务器,顾名思义是基于嵌入式系统而实现的web服务器。本文以Busy Box httpd为基础来实现web服务器的搭建。

Web服务器的具体搭建内容如下:

(1)设置Busy Box httpd常用配置:

H:/root/www// 指定web文档存放的根目录

A:172.20.0.0// 指定允许访问的地址,(默认允许所有地址访问网站(即默认存在“A:*”命令))

A:192.168.87.1

E404:/path/e404.html//指定404错误时显示的页面

I:index.html//指定默认首页的文件名

P:/url:[http://]hostname[:port]/new/path//设置代理映射

cgi-bin:foo:bar

adm:admin:setup

adm:toor:Pa Ss Wd

*.php:/usr/bin/php-cgi//为文件指定翻译程序

*.pp:usr/bin/php

*.p:/usr/bin/php-cgi

.ez:application/andrew- inset// 为ez扩展名指定特定的Mime- Type

(2)设计编写相关网页,其中包括通过Zigbee网络拓扑结构控制LED的开关和监测雨滴信息,通过蓝牙网络节点查看霍尔和光照数据、通过wifi网络查看温湿度情况、通过IPV6 网络节点进行燃气和安防监测等。

(3)使用CGI程序实现动态网页。CGI程序使网页具备交互功能,把做好的CGI程序放在服务器www/cgi- bin里面,由该程序解释处理来自表单的输入信息,在服务器上也进行相应的处理,或将相应的信息反馈给浏览器。

(4)注册网页域名并进行域名解析,购买虚拟主机,将网页和相关程序以及组件上传到网站空间中,在互联网上实现对网页随时查看。

该系统构建的微信服务公众号通过群发、自动回复、自定义菜单、微信连Wi Fi等功能实现仓储管理在手机终端的操作。主要功能设置如下:

(1)群发功能:通过用户管理将用户进行分组,根据用户类别向用户群发文字、图片、图文、语音、视频等消息。

(2)自动回复功能:针对用户的行为设置特定的回复内容和丰富的关键字回复规则设置,比如当用户需要查询仓库温度时可直接输入“仓库温度”,公众号会弹出实时的温度信息。

(3)自定义菜单:将自定义菜单设置于会话界面底部,并为其设置响应动作,此功能是公众号的重要组成部分,合理利用自定义菜单可满足用户对仓库的简单管理控制,比如实时监控仓库环境状况、进行数据监测与查询、订单查询与管理、协助出入库工作等。

(4)微信连Wi Fi功能:提供Wi Fi近场服务能力,打通线上与线下的闭环,更好地提高用户的管理效率。

图6 微信公众服务平台首页   下载原图

图7 温湿度信息监测   下载原图

GPRS模块与A8 数据处理中心通过串口连接,当传感器节点被触发时(燃气、安防或者雨滴),产生报警,传输网络将报警信号发送给A8,A8 将此报警信号编辑为短信,通过GPRS模块发送给已设定的手机用户。部分代码如下:

#include<stdio.h>

#include<string.h>

#include\“libwsncomm.h\”

#include\“libsmscb.h\”

#include\“node_config.h\”

#define PHONENUMBER \“18345147377\”// 此号码用来接收报警短信

#define WARING_MSG_GAS \“Gas Warning!!!\”// 编辑燃气报警短信内容

#define WARNING_MSG_RAIN \“Rain Warning!!!\”// 编辑雨滴报警短信内容

void on New Data (void *arg,unsigned short nwk Addr,int endPoint,int func Code,int func ID,char *data,int len)

// 接收到燃气传感器或雨滴传感器的数据,判断是否需要发送报警短信

printf (\“on New Data====data:% x;func Code=% x\\n\”,data [0],func Code);

if(func Code==Dev Gas)

if(data[0]!=0){

SMSCB_Send SMS (\“127.0.0.1\”,PHONENUMBER,WARNING_MSG_GAS);

}

}

else if(func Code==Dev Rain)

if(data[0]!=0){

SMSCB_Send SMS (\“127.0.0.1\”,PHONENUMBER,WARN ING_MSG_RAIN);

}

}

结合物联网技术与微信公众服务平台的智能移动仓库管理系统,能够实现高效仓储作业,适应现代仓储的发展趋势。本文利用凌阳科技公司提供的物联网开发设计平台和腾讯公司的微信公众服务平台,开发构建智能移动仓库管理系统。该系统针对感知层、传送层、应用层和移动终端层都进行了仔细地研究和设计:感知层通过相应的传感器完成所需信息的采集;传送层可通过Zig Bee/Wi Fi/ 蓝牙/IPv6 等构建传输网络从而完成信息数据地传输;应用层选用RMCortex- A8 处理器完成对信息数据的收集与处理;移动终端层通过搭建web服务器以及设计微信公众服务平台实现在互联网上或者移动终端上对仓库进行管理控制。该系统将大大提高仓储管理效率,但是就目前而言,该智能移动仓库管理系统并不完善,今后会针对很多方面进行不断的补充与改进,比如加入更多仓储管理功能、优化系统和个性化设置等。希望该系统能够对提高仓储管理的信息化、智能化水平、提升仓储管理的质量和效率提供借鉴。