基于物联网技术的智能仓储原型系统

基于物联网技术的智能仓储原型系统3.1智能仓储原型系统设计3.2.入库子系统3.3.库存盘点子系统3.3.1智能货架子系统3.3.2智能盘点小车子系统3.3.3手持机盘点子系统3.4环境监控子系统3.5可视化监控子系统3.6出库子系统3.1智能仓储原型系统设计2仓储系统是一个集软硬件结合的复杂系统，需要对仓储中软硬件及货物进行统一的管理，实现仓储管理的合理化。智能仓储原型系统主要包括出入库子系统，在库盘点子系统，环境监控子系统和可视化监控子系统，各个子系统之间要完成衔接有序的工作，离不开信息流的快速处理与传递，以支持和满足仓储系统上层业务的需求。以下是智能仓储原型系统图:3.1智能仓储原型系统设计3智能仓储原型系统图3.1智能仓储原型系统设计4针对传统仓库中入库环节繁琐，库内盘点效率低下，货物的定位信息不准确，环境信息无法获取和人员监督缺失等问题,为了提升仓储环节的业务效率,提高仓储内部的信息化水平，进一步完善仓储管理的信息化管理与智能化管理。仓储内部作业流程图3.2.入库子系统5对于入库子系统而言,主要采用了RFID技术，串口通信技术。硬件设施主要包括RFID标签，RFID天线、(Reader)阅读器，上位机和门禁通道，保证货物数据信息的获取和快速传递。射频识别技术(RFID,RadioFrequencyidentification)是一项利用射频信号通过空间藕合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术.基本的REID系统由电子标签、天线、阅读器等组成。(1)电子标签(Tag)。由藕合元件及芯片组成,，每个电子标签具有全球的识别号(ID)，无法修改和仿造，提供了安全性。电子标签都要附着在物体上以标示目标对象。电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，如保存了待识别物体的种类、生产批次、数量以及所在货架的库位编号等信息。(2)天线(Antenna)。在标签和阅读器间传递射频信号，即标签的数据信息和阅读器发出的命令信息。(3)阅读器(Reader)。读取或写入电子标签信息的设备，包括手持式和固定式。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据,，从而达到自动识别物体的目的。并与计算机相连，对所读取的标签信息进行处理。3.2.入库子系统6入库硬件部署示意图3.2.入库子系统7通道两侧为RFID天线，用于读取从通道经过的入库货物RFID标签信息，并与上位机进行串口通讯，串口线采用RS232接口，波特率是19200波特。能够实现快速获取标签内的存储信息，用于上层上位机上业务运作的应用支持。3.2.入库子系统8入库业务流程图3.2.入库子系统9在业务流程上，货物经过装箱、贴标等环节。经门禁通道RFID天线扫描以后,会将货物的ID信息以及所携带的供应商、数量、规格等信息经过(串口通讯技术)RS232串口线上传至上位机软件，上位机将信息获取到以后,将信息上传到入库子系统数据库中与原来的供应商提供的入库订单信息核对，及时更新货物的最新在库状态，并将信息及时与智能仓储系统中数据库进行实时同步与更新，完成入库操作。3.3库存盘点子系统10库存盘点子系统主要针对于货物在库内的管理,以缩短货物的盘点时间，达到实时掌握货物的数量动态和位置动态为目的,便于实现仓储内货物的可视化管理。在库盘点子系统功能分析:是指货物到达仓储内部指定的货位上，将货物与相应的货位信息绑定，在货物在仓储管理的过程中，每次移动，位置更改都要完成在架货物与货位的绑定，并通过智能货架或者智能盘点小车、PDA扫描器等迅速获取到货物的RFID标签ID，从而能够保证实现对货物位置的准确掌控，迅速定位。同时能够通过RFID天线的扫描实时的掌握货架上的货物数量信息和动态变化，避免因为库存不足和库存过多带来的经济损失。实现了货物的准确定位和快速盘点，节约了拣选,查询,盘点等信息传递时间，提高了仓储内部货物实体的流转效率。3.3.1智能货架子系统11库存盘点子系统主要包括智能货架子系统，智能盘点小车子系统，手持机PDA盘点子系统。智能货架上的功能模块，主要包括货物扫描上架管理、货位管理、货物数量管理和下架管理。整个业务信息逻辑处理以货架业务操作事件为起点，信息感知数据为基础，无线网络为媒介，智能货架管理系统为信息处理和指令控制中心。为了把整个货架上的功能模块信息流串联起来,借助了RFID技术和无线网络，实现了无需人工干预的信息传递和信息审核比对、判定，使信息的流通更加及时、准确和畅通。3.3.1智能货架子系统12智能货架部署图13.3.1智能货架子系统13其设计是在常规货架的每个货格中放一个读写器天线，每八个天线通过一个天线转接器与读写器相连接。根据不同货品摆放的需要，可将天线布局在货格中的底面、上面。通过使用一个读写器连接八个天线的方案，减少读写器的个数，从而降低读写器的部署成本。主控制器通过控制天线的工作状态来检测不同货格中的物品放置个数、是否放入货格、是否从货格中拿出等状态信息，做到自动化的检测货格中货物的状态。做到自动化库存管理的功能。3.3.1智能货架子系统14智能货架部署图23.3.1智能货架子系统15考虑成本问题，每个货格放一个读写器天线，成本太高，造成管理复杂性提高，进行了一定的改进，充分考虑到了智能货架硬件结构部署中货架本身空间和感知设备部署位置以及能耗和读取效率、信息采集广泛程度。货架系统采用超高频915M远距离读写器和无源标签，读写器天线部署于每一层货架的底部，既实现可以读取单个的标签又可以一次性读取多个标签，能够实现对货物的单个管理或者批量管理。读写器由分支器进行管理，分支器可接8个读写器，每一个读写器最多可接8根天线，实现了天线的集中式管理和信息的集中传输。3.3.1智能货架子系统16为了解决读写器读取的实际距离有限以及标签之间存在的相互干扰的问题，以确保货物标签数量和环境数据的读取精度，实现货物精确定位和货物状态监控。智能货架层与层之间距离保持在23cm-30cm之间，天线需要定制并且将天线装置在货架的承重板上并实时的开启数据接收状态，以保证天线读取货物的时效性。每层的天线下面设有信号屏蔽板。以屏蔽不同层的射频信号，综合考虑屏蔽效果、安装方便和成本三者之间最优。信号屏蔽板采用铝制屏蔽板。3.3.1智能货架子系统17智能货架设备应具有以下功能：1)智能货架终端设备能够显示仓库货架上每个货位所存货物的名称、属性、数量；2)作业者从货位取货，每取一个单位数量的货物,智能货架终端设备自动感知作业者取货状态；3)作业者向货位补货，每补充一个单位数量的货物,智能货架终端设备自动感知作业者补货状态；4)智能货架终端设备能够将作业信息传送到仓库管理服务器，修改仓库管理系统数据库内容。整个信息流的传递实现了无需人为干预，且做到实时、高效、精确、通畅，数据自动更新，满足了高层立体式货架的需求，实现了实体流与信息流的协调一致性，解决了货架上货物实体流和信息流在时间上不同步问题，提高了整个过程的作业效率。3.3.2智能盘点小车子系统18但由于天线的成本太高，又提出了集成移动式的盘点设备，智能盘点小车设备主要有控制装置，供电装置、读写装(RFID、读写器、天线)和上位机组成。供电装置主要为小车的运行提供能量，保证车能够在盘点过程中正常的运行；控制装置主要控制小车的运行速度和方向，保证小车能够准确的定位和到达。读写装置用于盘点时进行上下移动控制读取货架上分层货物的RFID标签信息，完成仓库内货架上不同层之间货物的自动盘点功能；上位机也可以对盘点小车进行远程操作，保证智能盘点小牟能在上位机的远程控制下正常的运行。小车的示意图如下：3.3.2智能盘点小车子系统19智能盘点小车示意图3.3.2智能盘点小车子系统20工作原理；采用智能盘点小车上的移动式天线定时对货物标签进行扫描以获取智能货架上商品的位置和货态信息。货架上的每一个货物都贴有RFID标签，标签朝外放置，保证能让巷道内的天线读取到。货架与货架之间的巷道安装有移动式天线，可在人工操作下沿货架方向移动，获取到货物标签信息。也可以在巷道上铺有移动天线的轨道，对天线进行自动控制，定时在巷道内移动，做到整个过程无需人工千预的效果。盘点业务操作示意图如下；3.3.2智能盘点小车子系统21智能盘点小车工作示意图3.3.2智能盘点小车子系统22智能盘点小车接受来自系统的盘点指令，并按照盘点指令首先去识别货架上的ID，若与指令中的货架ID匹配，则在对该货架上指定的货位ID的货物进行盘点，若不匹配则继续匹配货架ID盘点业务流程如下：智能盘点小车业务盘点流程图3.3.3手持机盘点子系统23手持机盘点子系统以其相对低廉的价格，目前在国内的许多大型仓储企业己经得到应用，系统采用摩托罗拉读写器,提供RFID和条形码两种识读模式，工作频率为920—924MHZ，读标签距离可达5米，写标签距离可达2米；具备GSM/GPRS语音通讯和数据通讯、无线蓝牙，输入/输出支持RS232和USB标准接口，支持TCP/IP接口协议传输，也可以通过无线传输方式进行操作管理，手持机盘点简化了传统盘点操作的繁杂性和不规整性，使得整个过程能够摆脱对纸张的依赖，可视化与可读性强,完成盘点结果的实时更新与确认。提高盘点过程的实时化程度和信息化水平。3.4环境监控子系统24环境监控子系统主要采用了ZigBee（双向无线通讯）技术、串口通信技术、WSN（wirelesssensornetwor无线传感网）技术。是针对仓储中对外界环境有严格要求的货物的功能实现，能够实现货架上货物温湿度、光照强度和烟雾浓度等信息的实时采集，及时的反映出货物是否处于适宜的保管环境中，避免因保管因素考虑不周带来的货物属性变化，影响货物的固有功能，同时能够及时的采集每一个仓储位置的烟雾浓度，可以及时的应对异常情况的发生。3.4环境监控子系统25环境节点部署图3.4环境监控子系统26终端节点部署于仓储库区的货架附近，可以根据节点的采集属性来布置节点，一般布置在货架底层中间位置，汇聚节点能够与终端节点进行通信，将终端节点采集的信息集合，通过网络统一发送到通信节点，由通信节点通过串口线与上位机进行信息通信,实现环境信息的快速上传，为上层业务管理应用提供信息支持。3.5可视化监控子系统27可视化监控子系统主要为了实现各个仓库内部管理的简单化，智能化与可视化。其硬件设施主要包括网络摄像头，LED显示屏和语音播报音响等设备。通过网络摄像头部署于仓库中可以准确监控到整个内部作业的位置，可以清晰的实现对仓库内部整体工作场所的监控，而且可以做到对仓库内部人员作业流程的监管(比如不安全的操作习惯、货物丢失的查证)，都起到很好的监督作用；LED显示屏可以将环境监控的信息进行实时的显示，供内部操作人员的查看，同时可以作为仓库内部操作流程的看板，实时显示操作人员的下一步操作任务,提升操作人员的执行效率，做到仓库内部信息传递的载体，有效提高信息传递速度；语音播报可以以声音的形式提醒仓库管理者仓库内部的监控信息，完成环境信息的自动推送功能。三种信息形式可以通过仓库管理员的计算机经有线网络上传至本地监控端,也可以由无线网络上传至远程监控端,便于管理部门的远程监控。做到远程监督、管理和控制的目的。3.5可视化监控子系统28环境节点布置图3.6出库子系统29出库子系统大大提高了货物出库的效率和准确程度，不仅能够做到出库信息的实时共享,便于对仓储物资的实时管理，缓解因出库信息反馈滞后导致的库存过多过少问题，还能够减少库存费用节约成本。同时也为供应链一体化中仓储业务后端的运输监控环节提供了信息保障，对于仓储部门与运输部门的业务对接起到了至关重要的作用，提高了整个供应链过程的信息化程度。3.6出库子系统30出库设备部署图3.6出库子系统31出库子系统中硬件设备包括门禁通道、RFID读写器天线，读写器，上位机和串口线，门禁通道依靠RFID读写器天线进行出库货物的审核和数量上的清点，货物出挥时，有叉车或者其他搬运工具将装有货物的托盘经过出库通道，因为托盘编码和货物的编码有所区别，可以通过RFID天线将货物上的标签信息获