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仓储物联网数据收集终端的软硬件构建

来源:学术堂 作者:周老师
发布于:2014-08-04 共2468字
论文摘要

  0 引 言

  传统的仓库管理,一般依赖于一个非自动化的、以纸张文件为基础的系统,完全由人工实施仓库内部的管理,因此仓库管理的效率极其低下。基于此,本文利用目前主要的物联网技术,全方位考虑仓储管理研究范围,以技术集成和运用范围扩展为出发点,设计智能物联网仓储管理系统。我们利用 Linux 操作系统,ZigBee 和 RFID 技术搭建仓库智能管理系统,该系统能够增强库房作业的准确性和快捷性、减少整个仓库物资出入库中由于管理不到位造成的非法出入库、误置、偷窃和库存、出货错误等损失,并最大限度地减少储存成本和保障了仓库物资的安全。

  1 终端总体设计

  本设计终端采用的 Cortex-M0 平台终端整体方案如图1所示。
  Cortex-M0 终端整体方案图
  此平台处理器是市场上现有的尺寸最小、能耗最低、最节能的 ARM 处理器。该终端负责对当前环境信息进行采集,初步对数据进行处理打包并通过无线通信设备 ZigBee发送给 S5PC100 为核心的 Cortex-A8 端,Cortex-A8 服务器对数据二次处理后给 M0 终端发送指令并实时响应各种操作。仓库管理系统的相关信息主要包括温湿度、光感度、三轴加速度、风扇、蜂鸣器、LED 灯、数码管显示、M0 终端液晶屏显示以及进出库的商品刷卡信息。

  2 终端硬件设计

  2.1 数据采集端硬件设计

  该仓储物联网采集终端采用的是 LPC11C14 主控芯片,它是 ARM Cortex-M0 系列低功耗、低成本的 32 位处理器。最高主频可以工作到 50 MHz,片上内部拥有 32 KB FLASH 和8 KB 的 RAM,并且内置多个 UART 接口,分别用于 RFID读卡模块连接和 ZigBee 的通信。无论在处理数据的速度上还是在功耗上,亦或是抗干扰能力上,它完全能够胜任终端数据采集的重任。
  RFID 模块采用 CY-14443A 系列射频读写模块, 它是基于 ISO14443 标准的非接触卡读卡机专用芯片,采用 0.6 微米 CMOS EEPROM 工艺,支持 ISO14443 typeA 协议,支持MIFARE 标准的加密算法。RFID 读卡模块通过 SPI 接口与M0 进行连接,它的中断引脚与 M0 的 IO 口相连,在主程序中,只要判断该 IO 口的电平高低,即可判断是否有卡,如果有卡,则进行相应的读卡操作。

  2.2 ZigBee 无线通信模块硬件设计

  ZigBee 是近年来发展迅速的基于无线传感器网络的近距离、低功耗、低成本、低复杂度的无线通信技术。ZigBee协议基于 IEEE 802.15.4无线标准制定,包括应用层、网络层、安全层等,可以实现网络的自组织和自维护功能。我们在此采用了 ZICM2410 无线通信模块,它是集成 CPU 的单片ZigBee 芯片,为 ZigBee 网络提供一个高性能、低成本的射频收发方案。

  3 终端软件设计

  3.1 数据采集终端软件设计

  本系统采集终端软件流程如图 2 所示。系统上电初始化 M0 终端上的各个设备包括系统定时器、GPIO 口、SPI、UART、I2C 等设备,然后配置系统滴答定时器,设置其终端为1 ms,进而设置中断处理函数,精确到1 s。最后将第一次采集的信息显示在 M0 终端的液晶屏上。
  主程序进行轮询判断,在没有外部中断的情况下主要执行环境数据的采集和 M0 终端液晶屏的数据显示,并将数据打包发送给 A8 服务器。
  当有外部 RFID 刷卡时,其他数据正常采集,RFID 中断函数同时对磁卡数据进行采集和校验数据有效性,并发送给A8 服务器 ;当有 ZigBee 接收数据的中断产生时,其他数据正常采集,ZigBee 接收数据的中断处理函数接收 A8 服务器发送过来的指令,执行不同的设备。
  数据采集终端软件设计流程图
  3.2 ZigBee 无线通信模块软件设计

  3.2.1 ZigBee 路由算法

  ZigBee 路由算法的任务是在节点和节点之间建立路由,实现可靠地数据传递。一个完整的 ZigBee 路由算法应包括路由方式、路由发现和路由维护等内容。而 ZigBee 常见的路由算法有三种:AODVjr 算法,Cluster-tree 算法,Cluster-tree+AODVjr 算法,而 ZigBee 网络目前采用的是第三种算法。
  该算法结合 Cluster-tree 和 AODVjr 两种路由算法的优点,它把网络中的节点细分为 4 类,分别是 :Coordinator、RN + 、RN-、RFD。其中 Coordinator、RN+、RN- 都是全功能节点,但前两者具有路由发现和消息转发功能,在转发消息时启动AODVjr 算法主动查找最佳路径 ;RN- 没有路由发现功能,在转发数据时启动 Cluster-tree 算法并通过自身的计算能力作出判断,将消息转发给父节点或者其中一个子节点;RFD 是精简功能设备,只能充当叶子节点,即只能将消息传送给父节点,请其转发。

  3.2.2 ZigBee 通信模块的收发数据流程

  本文设计的 ZigBee 无线通信模块收发数据的主要流程有:初始化各个引脚和寄存器,对功能寄存器赋值,初始化SPI752 等。其流程图如图 3 所示。
  ZigBee 通信模块收发数据流程图
  4 结 语

  物联网数据采集终端是仓储物联网应用系统中极为重要的组成部分,极大地减少了仓储管理的难度,并且增强了管理系统的准确性和快捷性。本文设计了一种基于 LPC11C14 微控制器的采集终端,能够实现将温湿度、光感度、三轴加速度、电压信息以及进出仓库的刷卡信息通过 ZigBee 模块发送到Cortex-A8 控制端。该终端将 RFID 模块和 ZigBee 模块结合,构成无线阅读器终端,最大化地发挥各自优势。既能完成仓库的货物盘点又可以实现仓库管理的智能化。更能够广泛地应用于智能家居、工业监控、智能电网、环境监测等物联网应用领域。随着物联网的发展,该仓储物联网数据采集终端必定有着广阔的应用前景.

  参 考 文 献
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