王恩博

(東北微電子研究所,遼寧沈陽(yáng) 110032)

基于RFID傳感網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)管理的研究與分析

王恩博

(東北微電子研究所,遼寧沈陽(yáng) 110032)

本文分析了立體倉(cāng)庫(kù)的電子化應(yīng)用場(chǎng)景,提出運(yùn)用RFID技術(shù)對(duì)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理,提高管理質(zhì)量,降低管理成本。并進(jìn)一步,結(jié)合傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)。實(shí)踐證明,在大型倉(cāng)庫(kù)管理的過(guò)程中有明顯效果。

立體倉(cāng)庫(kù) RFID 傳感網(wǎng)絡(luò)

1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的電子化

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的電氣與電子設(shè)備主要指檢測(cè)裝置、信息識(shí)別裝置、安全保護(hù)裝置、通訊設(shè)備、屏幕顯示、圖像監(jiān)視等設(shè)備。

1.1 檢測(cè)裝置

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中各種作業(yè)設(shè)備的控制,并保證系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行,系統(tǒng)必須具有多種檢測(cè)手段能檢測(cè)各種物理參數(shù)和相應(yīng)的化學(xué)參數(shù)。

在立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)中,對(duì)貨物的外觀檢測(cè)及稱(chēng)重、機(jī)械設(shè)備及貨物運(yùn)行位置和方向的檢測(cè)、對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)、對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的檢測(cè)和對(duì)設(shè)備故障的檢測(cè)都是極為重要的。通過(guò)各種傳感器對(duì)這些檢測(cè)數(shù)據(jù)的判斷與處理,為系統(tǒng)決策提供最佳依據(jù),使系統(tǒng)處于理想的工作狀態(tài)。

1.2 信息識(shí)別裝置

信息識(shí)別的作用在于完成對(duì)貨物名稱(chēng)、類(lèi)別、貨號(hào)、數(shù)量、等級(jí)、目的地、生產(chǎn)廠的識(shí)別。在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中,為了完成對(duì)物料信息的采集,通常采用條形碼、磁條、光學(xué)字符和射頻等識(shí)別技術(shù)。其中條形碼識(shí)別技術(shù)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中應(yīng)用最為普遍。

1.3 數(shù)據(jù)通信

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng),它是由眾多的子系統(tǒng)組成。在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中,為了完成規(guī)定的任務(wù),各系統(tǒng)之間、各設(shè)備之間要進(jìn)行大量的信息交換。例如,自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)中監(jiān)控系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的通訊以及倉(cāng)庫(kù)管理機(jī)通過(guò)廠級(jí)計(jì)算機(jī)與其它信息系統(tǒng)的通訊。數(shù)據(jù)通訊的傳輸媒介有電纜!紅外光!光纖和電磁波等。

2 RFID系統(tǒng)組成

RFID系統(tǒng)主要由三部分組成:讀寫(xiě)器、射頻標(biāo)簽和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組成。RFID系統(tǒng)與相應(yīng)的管理信息系統(tǒng)相連后,可以準(zhǔn)確地跟蹤每一件運(yùn)動(dòng)中的物品,實(shí)時(shí)采集每一件物品的數(shù)據(jù),加密后的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中不容易被外界截獲,這種安全的數(shù)據(jù)存取通道,能夠?yàn)榭蛻?hù)企業(yè)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益。

射頻標(biāo)簽,作為目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)載體,能夠識(shí)別標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象,跟蹤對(duì)象,采集對(duì)象信息。它主要由耦合元件和芯片組成,含有內(nèi)置天線,用于在標(biāo)簽和射讀寫(xiě)器之間傳遞射頻信號(hào)進(jìn)行雙向通信。射頻標(biāo)簽中的天線接收到信號(hào)后,將被識(shí)別對(duì)象的信息儲(chǔ)存在一定容量的存儲(chǔ)器內(nèi),在惡劣的工作環(huán)境下,仍然可以對(duì)標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀、寫(xiě)操作,保持?jǐn)?shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳遞,維持對(duì)象目標(biāo)信息的準(zhǔn)確,在標(biāo)簽和讀寫(xiě)器通信時(shí)將編碼后的對(duì)象信息傳輸給讀寫(xiě)器。

根據(jù)標(biāo)簽獲取電能的不同方式,將射頻標(biāo)簽分為主動(dòng)式標(biāo)簽和被動(dòng)式標(biāo)簽。主動(dòng)式標(biāo)簽也稱(chēng)有源射頻標(biāo)簽,即靠標(biāo)簽內(nèi)部的電池供電,主動(dòng)發(fā)射射頻信號(hào)給讀寫(xiě)器,由讀寫(xiě)器讀取標(biāo)簽中的信息,具有信號(hào)傳遞遠(yuǎn),傳輸時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn),但是標(biāo)簽使用年限有限制;被動(dòng)式標(biāo)簽也稱(chēng)無(wú)源射頻標(biāo)簽,標(biāo)簽內(nèi)沒(méi)有供電電池,工作能量由讀寫(xiě)器發(fā)射的信號(hào)來(lái)提供。被動(dòng)式標(biāo)簽不能主動(dòng)發(fā)射射頻信號(hào),而是響應(yīng)來(lái)自于讀寫(xiě)器發(fā)射過(guò)來(lái)的信號(hào),由讀寫(xiě)器反復(fù)讀取標(biāo)簽內(nèi)容或者將信息寫(xiě)入標(biāo)簽,具有使用年限長(zhǎng),數(shù)據(jù)傳輸持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)和數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),但是缺點(diǎn)是讀寫(xiě)器讀寫(xiě)標(biāo)簽的距離比主動(dòng)式標(biāo)簽的小。

3 傳感網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)是面向傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署及應(yīng)用開(kāi)發(fā)構(gòu)建的通用平臺(tái)。它包含一個(gè)支持多應(yīng)用的運(yùn)行環(huán)境和一系列標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)服務(wù),如數(shù)據(jù)聚合、控制和管理策略以及自適應(yīng)能量有效機(jī)制等。簡(jiǎn)化傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度,并解決傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)中的種種限制和挑戰(zhàn)問(wèn)題。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于異構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)管理平臺(tái),可以基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)快速地開(kāi)發(fā)和部署相關(guān)應(yīng)用,而無(wú)需了解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)底層的具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)。無(wú)線傳感器為應(yīng)用用戶(hù)提供統(tǒng)一的系統(tǒng)級(jí)視圖,并且屏蔽所有的底層復(fù)雜處理的操作。

TinyDB是建立在傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS之上的一個(gè)數(shù)據(jù)查詢(xún)處理系統(tǒng),用于從傳感器上提取信息。TinyDB并不依賴(lài)于NesC語(yǔ)言,而是在能量和硬件資源有限的情況下,采用類(lèi)SQL接口從傳感器節(jié)點(diǎn)中提取感興趣的數(shù)據(jù)。查詢(xún)過(guò)程中,使用簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)操作模式以顯示數(shù)據(jù)的類(lèi)型和感興趣的傳感器節(jié)點(diǎn)集。TinyDB中維護(hù)著一張?zhí)摂M數(shù)據(jù)表(SEN-SORs),表中每列顯示了傳感器的類(lèi)型和剩余能量等。此外,TinyDB中采用控制泛洪策略以傳送其查詢(xún)數(shù)據(jù)。

Mate中間件主要集中于解決或克服傳感器網(wǎng)絡(luò)的帶寬和能量限制問(wèn)題,為傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)改變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供更好的交互和適應(yīng)能力,使傳感器網(wǎng)絡(luò)具有更好的動(dòng)態(tài)性和可行性,且更易于重新配置。Mate通過(guò)虛擬機(jī)為用戶(hù)提供一個(gè)接口,因此也支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),同時(shí)提供傳感數(shù)據(jù)訪問(wèn)功能。此外,它借鑒了Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中路由協(xié)議機(jī)制,用以解決傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性問(wèn)題。Mate可以看作是一個(gè)運(yùn)行于TinyOS上的字節(jié)編碼解釋器,將編碼分段并封裝成24個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度的指令以便載入網(wǎng)絡(luò),該方法尤其適用于那些程序比較大的應(yīng)用。Mate主要包括虛擬機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、裝載器、硬件設(shè)施及調(diào)度器等組件,采用同步模式以響應(yīng)事件觸發(fā),如分組傳送和超時(shí)等,在這過(guò)程中, Mate盡量避免消息緩沖和大容量存儲(chǔ),同步模式使得應(yīng)用層編程變得更為簡(jiǎn)單。Mate的另外一個(gè)獨(dú)到功能是通過(guò)給封包加入一個(gè)版本號(hào)以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息裝載和網(wǎng)絡(luò)更新。

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