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1、 2013“赛佰特杯”第三届全国大学生物联网创新设计应用大赛2013“赛佰特杯”第三届全国大学生物联网创新设计应用大赛作品设计报告基于物联网技术的仓库管理自动化系统Store Management Automatic System Based on Internet of Things Technology设计报告队伍编号：CYB-JS-083参赛学校：河海大学作 者：谢昱勃 朱前明 赵沛然 胡晓飞 指导教师：蔡昌春 倪建军组别：本科组 高职组 0目 录课题摘要1第一章 绪 论1第二章 系统方案2第三章 功能与指标2第四章 实施原理及过程4第五章 硬件框图7第六章 系统方案论证与比较7第七章
2、调试与结果8第八章 软件设计9第九章 特色与创新点11结 论11参考文献12附录：各模块硬件电路原理图13课题摘要基于RFID技术、蓝牙技术、红外发射机及接受技术、射频IC识别技术，构建基于无线传感网络的仓库管理自动化系统。系统由上位机信息处理和下位机信息采集两大部分构成。其中下位机由货柜信息模块、车载无线设备识别模块、小车行驶控制模块、蓝牙无线信号传输模块等构成，利用红外技术实现小车行驶控制，利用小车自动跟踪货柜信息并利用无线RFID技术采集货柜信息，并通过无线蓝牙技术将信息处理并上传。上位机由信号接收模块、信息处理模块，并实现信息的存储、查询、校验等功能；另外可以通过上位机对智能小车进行信
3、息采集控制。本系统设计思路清晰，硬件结构简单，系统稳定性好，适用范围广。关键词：物联网 RFID 蓝牙技术 无线传感网络第一章 绪 论1.1 概 述随着经济的迅猛发展，全世界范围内贸易量的不断加大，对企业的生产经营效率提出了更高的要求。企业必须利用各种先进制作技术，在网络和信息技术的支持下，不断改进现有生产经营模式套路和组织结构，才能适应不断提高的生产节奏，赢得更多的市场份额。仓储在企业的整个供应链中起着至关重要的作用，特别是如今随着经济的发展规模的扩大，全球化的趋势日益加深。如果不能保证正确的进货和库存控制及发货，将会导致管理费用的增加，服务质量难以得到保证，从而影响企业的竞争力。传统、简单
4、与静态的仓储管理已无法保证企业各种资源的高效利用，仅靠人工记忆和手工录入，不但费时费力，而且容易出错，给企业带来巨大损失。此项作品的出现恰好解决了此问题。本项目设计的仓库管理自动化系统能够有效地实现企业产品管理的系统化、规范化和智能化，从而提高企业管理效率。它可以完全取代原来一直人工检查校验仓库各项货物库存量的方式，避免由于工作人员的工作疏忽以及管理质量问题所造成的各种错误，为及时、准确、高效的完成仓库管理提供了强有力的工具和管理手段。整个系统由硬件部分和上位机数据库软件两部分构成。下位机硬件部分主要货柜信息模块、车载无线设备识别模块、小车行驶控制模块、蓝牙无线信号传输模块构成。以单片机为控制
5、核心，利用无线红外技术识别货柜位置及行车线路，在行车过程中，就是发现货柜位置，利用无线射频技术识别货柜现有信息模块，并通过蓝牙技术及时上传至上位机，上位机通过无线通信模块接收信息并处理信息。小车可以于任意时间通过接收到上位机发送的启动指令开始运行。上位机通过C#开发信息系统，一方面将采集信息及时存入基于MYSQL的数据库系统，同时利用SerialPort控件实现上位机与硬件设备之间的通信。在运输工人对货物进行存取时，可通过基于单片机的手持设备更改相应IC卡中的相应信息。本设计可实现对仓库信息的快速、高效、省时、省力的检查校验。在完成了一次全库检查之后，只需在终点处防止标志物车辆就可以自动掉头、
6、停车并且进入空闲模式，在下次需要检查全库时，可通过上位机发送指令将其唤醒，便可进入正常运行，符合低功耗要求。本设计程序思路清晰，硬件结构简单，系统稳定性高，适合大多数情况下的仓库信息管理。第二章 系统方案2.1 系统方案结构实验模拟环境为我们自行制作模拟的仓库环境，考虑到实际仓库中规模和具体环境上的差异，所以这里的方案只是一个大体流程。根据不同仓库的不同环境，行车路线设计可能会有所不同。图1 系统整体方案 由图1所示，循迹车通过红外蔽障模块识别路径，沿固定路线行驶做到遍历货物，行驶过程中当无线射频识别设备寻卡成功时，循迹车停车并读取卡中数据。读取成功后，车辆启动继续行驶，同时将读取到的货物信息
7、传送至上位机，当车辆检测至终点时可以自动停车，整个系统进入空闲状态以尽量减小功耗。上位机收到的货物信息可以存入数据库中，并生成EXCEL格式报表，管理员可以在任意时刻阅览某一日期或者某一周的报表信息。在货物进出存取时，运输工人可通过手持设备更改IC卡中的信息。第三章 功能与指标3.1 电源模块系统需要统一的5幅的直流稳压电源，利用蓄电池提供7.2V直流电源，并利用LM2940稳压芯片和滤波电路，实现系统稳定的5V直流稳压电，为单片机、射频电路以及无线传输电路提供电源。3.2 蓝牙通讯模块利用蓝牙技术实现对传统串口线的代替，室内50米范围内实现0误差信息传输，蓝牙核心模块不加任何外围电路（比如L
8、ED，MAX3232等），室内10米范围内，无明显隔离障碍（比如密封墙，金属墙），无强烈电磁干扰（比如超过100个蓝牙同时工作的环境），蓝牙模块与适配器频点标准一致（假设厂家的蓝牙适配器的频点是非常统一精准的情况下，一般正规的手机蓝牙以及正品的蓝牙适配器的蓝牙频点认为是符合标准的），蓝牙模块天线附近无吸收信号的走线、装置等（如天线下方PCB板有铺地的情况是不在测试范围内的）。3.4 非接触式读卡器MFRC522可以随时对Mifare 1型IC卡进行读写操作，在循迹车行驶时，经过存储着对应货物信息的IC卡时在50ms内读出相应数据，其数据格式为：六位字符货物编号 六位字符货物名称 三位字符仓储量
9、3.5 电机驱动模块驱动芯片为L9110两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，输入信号电流为150mA，最大输出电流为800mA。微控制器与其信号端连接需加10k强上拉电阻，信号为PWM（脉冲宽度调制）信号，做到对小车行驶动作的控制。3.6 红外对管检测模块可实时监控模块发射方向中物体的出现及消失，比较器参考电压可调节的特点使之可以改变其要监测的距离，信号为TTL电平。3.7 循迹车行驶控制使车在不同的仓库环境中根据货物摆放有着不同的固定行驶路线，小车中线与车辆两端货柜的距离不超过10cm，以保证无线射频读写模块准确无误的读取IC卡内信息。本设计中我们模拟的仓库环境如图所示。货柜货柜货柜货柜图
10、 2 行车线路3.8 软件上位机可以将收到的数据保存到数据库中。其后，为了方便管理，添加了一个可以生成报表的模块，即生成一个DATA.XLS文件。然后，通过进一步的思考，我们认识，既然是做一个仓库管理系统，那么我们就应该可以准确的获取仓库库存量的信息，最终我们决定以时间为参考，基于每天的时间来对数据进行分开处理。第四章 实施原理及过程4.1 非接触式读卡技术MC RC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员，是NXP公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是只能仪表和便携是手持设备研发的较好选择。MC RC522利用了先进的调
11、制和解调概念，完全集成了13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持ISO1443A的多层应用。其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO 1443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO1443A兼容的应答器信号。数字部分处理ISO1443A帧和错误检测（奇偶&CRC），此外，它还支持快速CRYPT01加密算法，用于验证MIFARE系列产品。MFRC522支持MIFARE更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。作为13.56MHz高集成度读写卡系列芯片家族的新成员，MF RC522与MF
12、 RC500和MF RC530有不少相似之处，同时也具备诸多特点和差异，它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据不同的用户需求选取SPI、I2C或串行UART模式之一，有利于减少连线，缩小PCB板体积，降低成本。特性：高集成度的调制解调电路；采用少量外部器件，即可将输出驱动级接至天线；支持 ISO/IEC 14443 TypeA 和MIFARE®通信协议；读写器模式中与 ISO 14443A/MIFARE®的通信距离高达50mm，取决于天线的长度和调谐。支持 ISO 14443 212kbit/s 和424kbit/s 的更高传输速率的通信。支持 MIFARE®
13、 Classic 加密；支持的主机接口：10Mbit/s 的SPI 接口I2C 接口，快速模式的速率为400kbit/s，高速模式的速率为3400kbit/s串行UART，传输速率高达1228.8kbit/s，帧取决于RS232接口，电压电平取决于提供的管脚电压64 字节的发送和接收FIFO 缓冲区；灵活的中断模式；可编程定时器。具备硬件掉电、软件掉电和发送器掉电 3 种节电模式，前两种模式雷同于MFRC500 和 CL RC400，其特有的“发送器掉电”则可关闭内部天线驱动器，即关闭RF 场；内置温度传感器，以便在芯片温度过高时自动停止 RF 发射；采用相互独立的多组电源供电，以避免模块间的
14、相互干扰，提高工作的稳定性；具备 CRC 和奇偶校验功能，CRC 协处理器的16 位长CRC 计算多项式固定为：x16+x12+x5+1，符合ISO/1EC14443 和CCTITT 协议；内部振荡器，连接 27.12MHz 的晶体；2.53.3V 的低电压低功耗设计；工作温度范围-30+85；5mm5mm0.85mm 的超小体积。4.2 蓝牙模块简介 （1） 采用CSR主流蓝牙芯片，蓝牙V2.0协议标准（2） 串口模块工作电压3.3V。（3） 波特率为1200，2400，4800，9600,19200，38400，57600，115200用户可设置（4） 核心模块尺寸大小为：28mm x 1
15、5 mm x 2.35mm。（5） 工作电流：40MA（6） 休眠电流：小于1MA（7） 用于GPS导航系统，水电煤气抄表系统，工业现场采控系统。（8） 可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器、PDA等设备进行无缝连接 蓝牙通讯具有高可靠性、低错误率、相对远的传输距离的特点，适用于工业现场中。4.3 MYSQL数据库软件MySQL是一个开放源码的小型关联式数据库管理系统，开发者为瑞典MySQL AB公司。目前MySQL被广泛地应用在Internet上的中小型网站中。由于其体积小、速度快、总体拥有成本低，尤其是开放源码这一特点，许多中小型网站为了降低网站总体拥有成本而选择了MySQL作为网站数据库。系统特性：（1）使用C和C+编写，并使用了多种编译器进行测试，保证源代码的可移植性（2）支持AIX、FreeBSD、HP-UX、L
