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基于RFID与WSN技术的仓储系统设计

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0 引言

随着市场的国际化和物流业的不断发展,仓储业作为物流管理中重要组成成分的地位愈显举足轻重。

射频识别(RFID)是一种非接触式自动识别技术,利用射频信号及其空间耦合、传输特性,实现对物品的自动识别。RFID由于采用电子标签(tag)作为信息载体,具有信息容量大、非可视识别、快速读写等优势,识别过程无需人工干预,抗干扰能力强。

无线传感器网络(WSN)是由部署在监测区域内大量微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统。目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中对象的信息,并发送给观察者。

将RFID与WSN技术应用于仓储管理系统,实现数据的自动化采集与存储,可以及时更新仓储物资信息,监视设备所处的环境情况,保证物资安全。

1 仓储系统的结构设计

系统主要包括两大部分:RFID系统和WSN系统,如图1所示。

1.1 RFID系统

电子标签附着在设备上,记录设备的基本属性:设备标签编码、名称、维修记录、生产运输过程中的相关信息。读写器可通过串口与上位机连接,亦可作为有源标签,通过无线网络与上位机连接。

工作过程:读写器通过天线发送一定频率的超高频信号,当tag进入有效工作区域时被激活,将自身存储的信息通过内置天线发送出去,读写器接收到调制信号,经解调与编码后送到仓储管理系统软件处理。

电子标签:共有三个存储块:EPC(电子产品编码)、TID(标签标识)、用户区。EPC采用十六进制842l编码,共96位(如图2),为世界每个对象提供一个唯一的编码。用户区是为用户预留的一段空间,用户可根据实际情况自行写入信息。

1.2 WSN系统

在仓库的四周随机布置传感器节点,采集设备所处的环境信息(如温度、湿度)。Sink节点是具有路由功能的传感器节点,实现两种协议之间的通信转换。

工作过程:分布在仓库周围的传感器节点自组织形成网络,通过多跳中继将设备的环境信息逐级传至sink节点,sink节点通过无线读写器将数据传输给Tinyos管理中心进行处理并保存到Tinydb数据库。

协议转换:由于WSN采用的IEEE 802.1 5.4是短程无线通信协议,Internet是TCP/IP有线协议,为了将数据传送到SOL数据库中,需要通过路由器将Tinydb转换为SOL的数据格式与有线传输协议,附加到SOL数据库表的属性中。

1.3 将RFID与WSN技术相融合

WSN系统采集设备的环境信息,RFID系统采集设备的基本属性信息,两者结合,完整实时地记录了设备的全部信息。

2 仓管系统的主要功能

(1)出入库管理:采用人工检查和自动化办公双重管理。设备出入库与数据库的出入库操作同步,大大减少工作量。

(2)环境管理:WSN通过传感器节点采集设备所处的温度、湿度、声音等环境信息。实时监管仓库设备所处的各种环境。

(3)设备盘点:系统配置了移动读写器,工作人员手持读写器在仓库中环视一圈,即可完成定期盘点与核对数量。

(4)查询统计:工作人员在何时何地都可通过网络对仓库进行远程监控和查询,进行可视化网络管理,方便高效。

3 仓管系统的软件设计

仓储系统的应用界面是由ASP.NET技术开发的网站,网站与后台SOL Server数据库连接,当对网站上的某个功能模块进行操作时,标签数据就会存储到数据库。

3.1 SQL Server数据库设计

后台数据库微软公司发布的数据库引擎:Microsoft SQL Server 2005。该数据库存放所有的仓库设备信息和环境信息。数据表包括设备入库、出库、借出、归还、库存、盘点表;仓库、供应商、读写器、用户信息表;设备类型表。每个表中都包含了由RFID系统传输的EPC编码以及用户存储区内的附加信息,WSN系统传输的环境信息。图3是库存设备表的逻辑结构设计。

3.2 应用界面功能模块设计

网站的集成开发环境为:Visual Studio 2010。配置环境如下:IIS 5.0(Internet信息服务器)、Windows XP Professional(带有SP3)操作系统。系统采用C语言开发。

网站主要分为五大功能模块:设备管理模块、查询统计模块、基本信息模块、系统设置模块、数据管理模块。每个模块包括若干子模块。仓储管理系统主要功能模块如图4所示。

4 仓管系统的实现

4.1 读写器与PC机串行通讯

读写器设置:使用RS232/485连接读写器与上位机,串口通讯软件Tera Term对读写器进行控制:串口设为COM1,波特率设为115200,频率为860-960MHz,成功登录后为读写器设置静态IP地址:config network ip static<210.44.9.158>,远程登录:使用浏览器远程登录读写器http://speedwav-10-04-ld.local/,成功登录后可演示属性状态查询以及标签的读写。图5为查询读写器状态显示结果:

程序设计:将读写器底层协议LLRP.dll,Impinj.LLRP.dll,开发包动态链接库文件Impinj.OctaneSdk.dll导入到开发项目中,程序核心代码为:

在VS2010开发环境中启动调试程序,运行结果如图6所示:

通过读写器与上位机串行通信程序调试可得到标签的EPC编码以及用户区信息,之后将EPC数据存储到数据库中即可

4.2 应用界面窗口实现

应用界面窗口不同于普通的本地Windows窗体,而是采用了Visual Studio 2010平台开发的网站,优点是可以实现远程网络控制,而不是简单的本地操作。

系统用户分为三个角色:超级管理员、仓库管理员、普通用户。超级管理员管理维护整个系统,可以进行所有的相关操作可行使仓库管理员的权利;仓库管理员只能对自己所属的仓库进行入库、出库等操作;而普通用户只能进行查询,不能对设备的入库、出库等进行操作。

用户首先进入仓储管理系统的登录页面:Logiraspx,根据自己的用户角色填写用户名、密码、登录类别进行登录。登录成功后进入系统主页面:Main.aspx。主页面最左侧有五大功能模块的导航菜单,点击可进入相应页面进行相关操作。图7为仓储管理系统设备查询页面:DeviceLook.aspx

5 结论

基于RFID技术与WSN技术的可视化仓储管理系统,充分结合了ASP.NET 2.0技术和SQL Server技术,实现了对仓管系统的实时监控和管理,加快了出、入库操作速度,提高了人员利用率,减少了不必要的耗费。

作者:李腆腆 杨济民 刘 婷 来源:现代电子技术

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