物联网仓储系统设计研究

    刘佳

    

    

    

    摘 要：仓储管理的特点是能够充分利用仓储资源有计划、有组织地控制和协调仓储管理的各个部分。文章设计出一个物联网仓储管理系统，它的原理是利用RFID技术对物品进行各种信息采集，如产品编号、存放位置等，通过相关代码对物品进行自动识别后，再对物品进行入库、出库和拣取等一系列过程操作，从而达到智能化仓储管理的目的。

    关键词：物联网；仓储管理；智能化

    随着经济的发展和电商大军的崛起，物联网越来越广泛地应用在物流、交通、家居和公共安全等领域。如今仓储系统的管理不仅要求能够减轻工作人员的工作量，还要求提高工作效率，所以可以利用物联网技术来设计一个仓储管理系统，来实现这一系列的功能。

    物联网指的是将无处不在的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、数控系统、家庭智能设施和视频监控系统等，“外在使能”地如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等，“智能化物件或动物”或“智能尘埃”，通过各种通信设备无线或有线的，长距离或短距离通信网络，实现互联互通、应用大集成以及基于云计算的软件即服务（Software-as-a-Service，SaaS）营运等模式。在内网、专网或互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化[1]。

    1 物联网的需求分析

    如今的仓储作业和库存管理以及运输流转作业已十分复杂化多样化，仅靠人工记忆和录入，不但费时费力而且容易出错，给企业带来巨大损失。在这个大背景下，物联网仓储管理系统针对仓库的商品和单据，仓库作业的记录、核对和管理，增加了仓库管理，提高了效率，减少了人工成本，提高了仓库利用率，明显增加了经济效益。

    2 总体方案设计

    本文根据物联网仓储系统的具体要求和实现功能进行了具体的分析，最终确立了物联网仓储系统的整体组成。所设计的物联网仓储系统设计框如图1所示。

    该系统采用ARM芯片来控制整个系统，采用STM32，内嵌ARM Cortex-M3内核，具有高性能、低成本、低功耗的特点。片上集成多达512 KB的嵌入式Flash存储器，64 KB以上的嵌入式SRAM，3种低功耗模式（休眠、停止、待机模式）。

    RFID射频模块使用MF RC522读卡器，MF RC522是一个以13.56 MHz运行的高集成非接触式读写卡芯片，支持ISO14443A/ MIFARE，采用3.3 V电源电压，具有体积小、电压低、成本低的特点。

    传感器模块采用DHT11数字湿度传感器，DHT11是一款复合的温湿度传感器，它含有已经校准数字信号，并用其进行输出。它有专门的数字模块用来采集和传感空气中的温湿度，以保证产品具有卓越的可靠性与长期的稳定性[2]。

    显示模块采用LCD1602液晶显示器，是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块[3]，其特点是低电压、低功耗、硬件电路和程序设计都比较简单。

    3 系统硬件设计

    3.1 STM32F103芯片

    STM32F103xx增强型系列的核心采用了ARM 32位的Cortex?-M3CPU，它的工作频率为72 MHz，高达90 DMips，1.25 DMips/MHz。存储器采用的是从32 K字节至128 K字节闪存程序存储器（从6 K字节至20 K字节SRAM，具有多重自举功能）[4]，它采用2.0～3.6 V供电和I/O管脚进行供电，工作温度﹣40°C～105 °C，这意味着STM32芯片的优点是功耗特别低，提高工作效率的同时也能有效地保护芯片不被烧坏。它还内嵌了4～16 MHz高速晶体振荡器、经出厂调校的8 MHz的RC振荡器、40 kHz的RC振荡器、PLL供应CPU时钟、使用外部32 kHz晶体的RTC振荡器，这些振荡器使得STM32具有丰富和强大的功能。

    STM32F103xx有内置闪存器、内置SRAM、嵌套的向量式中断控制器（NVIC）、外部中断/事件控制器（EXTI）等多个控制器，这些控制器为STM32芯片提供了更多的功能和更稳定的特性。STM32F103芯片引脚如图2所示。

    3.2 MF RC522射频卡

    MF RC522是一种应用于13.56 MHz的非接触式高集成度的读写芯片，数据是双向传输的，速率为424 kbit/s。它采用了调制、解调的基本原理，能将手机信息全部集成到13.56 MHz下各种非接触通信和协议中，此读写器支持ISO 14 443 A/MIFARE，通信距离可根据天线的长度和调谐达到50 mm。发送器部分在无其他电路的情况下可以驱动天线与ISO 14 443 A/MIFARE卡和应答机之间的通信。

    MF RC522芯片与单片机之间的连接十分简单，一般情况下我们采用的是串行外设接口通信（Serial Peripheral Interface，SPI）SPI通信，它是一种高速的、全双工、四線同步双向串行通信总线。SPI通信接口包括4种信号：MOSI（主设备数据输出/从设备数据输入）、MISO（主输入/从输出）、SCLK（主设备产生的时钟信号）、SSEL（从设备片选使能信号）。MF RC522引脚连接如图3所示。

    单片机产生时钟信号SCK，MF RC522读写器通过引脚MOSI将接收到的数据传回单片机，经过处理后将数据从MISO传给MF RC522，传输时，MOSI和MISO都是高位字节在前，低位字节在后。

    3.3 DHT11湿度传感器