文/陳 遙 吳曉波 周 文

軍隊(duì)倉(cāng)庫(kù)作為軍隊(duì)后勤保障的重要環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著我軍物資收發(fā)、儲(chǔ)存、保管、維護(hù)等一系列任務(wù)，在軍隊(duì)后勤現(xiàn)代化、信息化建設(shè)中有著重要的地位。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和世界新軍事變革的不斷推進(jìn)，未來信息化條件下作戰(zhàn)物資需求呈現(xiàn)出一系列新的特點(diǎn)：物資消耗量劇增、物資的技術(shù)含量增大、物資的消耗與補(bǔ)充的時(shí)效性增強(qiáng)等。傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)管理，一般依賴于一個(gè)非自動(dòng)化的、以紙張文件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，完全由人工實(shí)施倉(cāng)儲(chǔ)內(nèi)部的管理，因此倉(cāng)儲(chǔ)管理的效率極其低下。對(duì)此，設(shè)計(jì)基于融合ZigBee和RFID的物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠增強(qiáng)庫(kù)房作業(yè)的準(zhǔn)確性和快捷性，減少整個(gè)戰(zhàn)備物資出入庫(kù)中由于管理不到位造成的非法出入庫(kù)、誤置、偷竊和庫(kù)存、出貨錯(cuò)誤等損失，并最大限度地減少儲(chǔ)存成本、保障戰(zhàn)備物資的安全，提高物資保障效率，滿足信息化條件下各級(jí)部隊(duì)對(duì)物資的保障需求，從而改善和提高我軍后勤保障能力。

1.ZigBee和RFID的融合

1.1 ZigBee和RFID簡(jiǎn)介

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)或無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一組基于IEEE批準(zhǔn)的802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)[1]研制開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)，主要適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)，可嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。ZigBee技術(shù)并不是完全獨(dú)有、全新的標(biāo)準(zhǔn)，它的物理層、MAC層和鏈路層采用了IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，但在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善和擴(kuò)展，其網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和高層應(yīng)用規(guī)范(API)由ZigBee聯(lián)盟進(jìn)行制定[2]。ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于低功耗、低成本、網(wǎng)絡(luò)容量大、時(shí)延短和安全等，可廣泛應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)物流、樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制、家居自動(dòng)化等。而這恰好符合后方倉(cāng)庫(kù)內(nèi)應(yīng)用復(fù)雜、要求設(shè)備成本低、電池供電、地形復(fù)雜、監(jiān)測(cè)點(diǎn)多、需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋等特點(diǎn)。

RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)[3]，通過先進(jìn)的技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)人們對(duì)各類物體或設(shè)備在不同狀態(tài)下的自動(dòng)識(shí)別和管理。由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟使得射頻識(shí)別系統(tǒng)的體積縮小、成本下降，射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化的階段，成為一種成熟的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。RFID系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：①非接觸閱讀：RFID標(biāo)簽可以透過非金屬材料閱讀，而且不需要與標(biāo)簽直接接觸，對(duì)使用環(huán)境要求不高。② 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大：RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，標(biāo)簽數(shù)據(jù)可更新，適合于需要儲(chǔ)存大量數(shù)據(jù)，并且經(jīng)常更新數(shù)據(jù)的應(yīng)用。③讀寫的速度快：RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。④體積小，易封裝：射頻電子標(biāo)簽?zāi)茈[藏在大多數(shù)材料或產(chǎn)品內(nèi)，它的超薄和多種大小不一的外形，使之能封裝在產(chǎn)品上，使用非常方便。⑤無磨損，使用壽命長(zhǎng)。然而RFID讀卡器須采用RS232/485有線連接方式通信，給系統(tǒng)架設(shè)和維護(hù)都帶來了極大的不便。

1.2 ZigBee和RFID融合

ZigBee和RFID的融合就是將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于RFID。設(shè)計(jì)基于ZigBee技術(shù)的RFID有源標(biāo)簽，采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得支持ZigBee的RFID閱讀器和節(jié)點(diǎn)設(shè)備自動(dòng)形成自組織、自恢復(fù)的無線網(wǎng)絡(luò)。由于使用了自動(dòng)組網(wǎng)技術(shù)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的組建免除了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的繁瑣配置過程。任何新加入網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)設(shè)備只要處于無線網(wǎng)絡(luò)通訊范圍內(nèi)，即可自動(dòng)加入已有網(wǎng)絡(luò)，并自動(dòng)形成信息路由路徑，將信息傳到有效接收者。并且，可組建成一個(gè)高冗余的網(wǎng)絡(luò)，從而保證網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的出錯(cuò)自恢復(fù)的能力。將ZigBee與RFID技術(shù)結(jié)合可相互彌補(bǔ)對(duì)方的缺陷，ZigBee與RFID技術(shù)結(jié)合后，可進(jìn)一步確保數(shù)據(jù)的完整性，彌補(bǔ)RFID高成本以及需依靠讀寫器方能搜集數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)；融合ZigBee和RFID技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)繼承了RFID簡(jiǎn)單、快捷、自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)的特性，又融入了ZigBee主動(dòng)感知與無線組網(wǎng)的功能。系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)獲取倉(cāng)儲(chǔ)流程中產(chǎn)品的品質(zhì)、標(biāo)識(shí)和位置等信息，而且還能夠顯著提高倉(cāng)儲(chǔ)管理過程的智能性和準(zhǔn)確性。

2.物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為21世紀(jì)的一項(xiàng)全新技術(shù)，已成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信之后人們所關(guān)注的科技發(fā)展熱點(diǎn)之一，它涉及眾多研究和應(yīng)用領(lǐng)域，是解決我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展問題的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略措施。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和世界新軍事變革的不斷推進(jìn)，我軍的發(fā)展也需要不斷地注入新的技術(shù)、新的思想，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在軍事后勤的應(yīng)用已越來越廣泛，在加快后勤可視化建設(shè)、提高軍隊(duì)后勤保障效率和保障能力、提高指揮決策水平等方面都能發(fā)揮極其重要的作用，將成為我軍后勤信息化發(fā)展的新趨勢(shì)[4]。

2.1 系統(tǒng)需求分析

倉(cāng)儲(chǔ)管理是指圍繞倉(cāng)儲(chǔ)物資的接收、保管、發(fā)出等流轉(zhuǎn)程序所進(jìn)行的計(jì)劃、組織、監(jiān)督、控制的一系列活動(dòng)過程[5]。就它的內(nèi)容來看，主要包括[6]：物資入庫(kù)業(yè)務(wù)（包括接運(yùn)業(yè)務(wù)、驗(yàn)收業(yè)務(wù)、物資入庫(kù)），物資保管業(yè)務(wù)（包括物資堆垛作業(yè)、保養(yǎng)維修、檢查盤點(diǎn)），出庫(kù)業(yè)務(wù)（包括物資出庫(kù)、發(fā)運(yùn)）等。倉(cāng)儲(chǔ)物資管理的業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)原理介紹

圖1 倉(cāng)儲(chǔ)物資管理業(yè)務(wù)流程圖

本文采用ZigBee與RFID技術(shù)相融合的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，在RFID系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)來實(shí)現(xiàn)讀寫器與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)相比，采用ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的無線雙向傳輸，且安裝時(shí)不需布線，增加了射頻識(shí)別系統(tǒng)的靈活性。在RFID讀寫器中嵌入ZigBee模塊，從而使多臺(tái)RFID讀寫器無線聯(lián)接自動(dòng)組網(wǎng)或者與其它儀器、設(shè)備及不同協(xié)議讀寫器之間聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多點(diǎn)無線采集和傳輸?shù)哪康?，最終形成一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的多點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別、智能無線組網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。系統(tǒng)中的RFID讀寫器可控制射頻模塊向電子標(biāo)簽發(fā)射讀取信號(hào)，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答信號(hào)，同時(shí)可對(duì)電子標(biāo)簽的對(duì)象標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，從而將對(duì)象標(biāo)識(shí)信息連帶電子標(biāo)簽上的其它相關(guān)信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)以供處理。系統(tǒng)主要由標(biāo)簽、RFID讀寫器、ZigBee無線傳輸終端節(jié)點(diǎn)、ZigBee無線傳輸主節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)組成。系統(tǒng)方案原理如圖2所示。

射頻部分由微處理器和射頻芯片實(shí)現(xiàn)讀寫器的基本功能。讀寫器與射頻卡通過射頻脈沖來建立無線連接并完成數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)的工作方式具體說來，微處理器通過串行口接收控制指令，控制射頻芯片與射頻卡進(jìn)行通信，完成對(duì)射頻卡的讀寫和整個(gè)讀寫器的控制管理；射頻芯片負(fù)責(zé)無線信號(hào)的編碼和解碼、調(diào)制和解調(diào)；讀寫器和射頻卡之間通過外圍電路進(jìn)行聯(lián)系；射頻卡是系統(tǒng)的應(yīng)用終端，裝載著物體的數(shù)據(jù)信息。在芯片選擇上，微處理器選擇STC89C52RC，射頻芯片選擇MF RC500芯片。ZigBee無線傳輸節(jié)點(diǎn)模塊由微處理器模塊、ZigBee無線傳輸模塊、串口模塊、JTAG調(diào)試模塊以及電源管理模塊構(gòu)成。微處理器模塊主要功能是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)以及控制流程等；ZigBee無線模塊主要功能是以射頻脈沖發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；JTAG調(diào)試模塊主要是程序下載和仿真調(diào)試功能；串口模塊是用于進(jìn)行計(jì)算機(jī)和讀寫器的通信；電源模塊給節(jié)點(diǎn)的各個(gè)部分提供電能。在關(guān)鍵芯片的選擇上，微處理器選擇MSP430FG4618，無線傳輸芯片選擇CC2420芯片。

當(dāng)攜帶嵌入ZigBee模塊電子標(biāo)簽的車輛、戰(zhàn)備物資通過倉(cāng)庫(kù)設(shè)定的射頻感應(yīng)區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)通過ZigBee電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的存貨、取貨及倉(cāng)庫(kù)中的快速盤點(diǎn)、物資監(jiān)控等操作。通過科學(xué)的編碼，還可方便地對(duì)物品的批次、產(chǎn)地等進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理。利用系統(tǒng)的庫(kù)位管理功能，更可以及時(shí)掌握所有庫(kù)存戰(zhàn)備物資當(dāng)前所在位置，有利于保障戰(zhàn)備物資的安全及提高倉(cāng)儲(chǔ)管理的工作效率。

3.結(jié)束語

本文充分利用ZigBee技術(shù)的自動(dòng)組網(wǎng)、無線傳輸、網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全保密性高等特點(diǎn)以及RFID技術(shù)自身識(shí)別速度快、精度高、存儲(chǔ)信息容量大等方面的性能優(yōu)勢(shì)，將ZigBee和RFID技術(shù)相融合的優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)新性應(yīng)用于部隊(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物資管理，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的物資信息數(shù)字化、物資識(shí)別自動(dòng)化、物資管理智能化，滿足部隊(duì)對(duì)軍事后勤物資精確化管理的要求，為作戰(zhàn)指揮提供快速、準(zhǔn)確的后勤裝備物資信息。本課題所設(shè)計(jì)的這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，雖不能替代現(xiàn)有的基于人員手工的倉(cāng)儲(chǔ)管理方式，但利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，無疑能在一定程度上探索適合我軍后勤保障實(shí)際的發(fā)展模式，為全面實(shí)現(xiàn)真正意義上的“物聯(lián)網(wǎng)后勤”作了一些嘗試和鋪墊。

圖2 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

[1]封瑜，葛萬成.基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與應(yīng)用[J].電子工程師，2007，(3)：21—23.

[2]皮桂英，張維波，王春霞.淺談無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[J].儀表技術(shù)，2010(7).

[3]游戰(zhàn)清，李蘇劍等，無線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)理論與運(yùn)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2004.08

[4]陳遙，吳曉波，周文.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用初探[J].倉(cāng)儲(chǔ)管理與技術(shù)，2011(6).

[5]中國(guó)人民解放軍總后勤部司令部戰(zhàn)計(jì)處等，倉(cāng)庫(kù)管理手冊(cè)，天津科技翻譯出版公司，1990.05

[6]王豐，張劍芳.軍事倉(cāng)儲(chǔ)管理，中國(guó)物資出版社，2005.11