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    倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)

    2014-03-07 14:01張?jiān)磦ラZ俊雷軍黃恒一
    物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2014年2期

    張?jiān)磦?閆俊+雷軍+黃恒一

    摘 要:介紹了一種以S5PC100為硬件平臺(tái)和嵌入式Linux為軟件平臺(tái)的倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)方案。該終端以基于Cortex-M0 內(nèi)核的LPC11C14芯片為主控制單元,通過倉儲(chǔ)環(huán)境信息采集模塊將采集到的信息上傳給控制設(shè)備,并對(duì)控制設(shè)備發(fā)出的指令進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)。此方案還集合了RFID技術(shù)和ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢(shì),為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了一種有效的解決方案,在現(xiàn)代倉儲(chǔ)管理中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

    關(guān)鍵詞:LPC11C14;RFID;ZigBee;環(huán)境信息采集;信息上傳

    中圖分類號(hào):TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-1302(2014)02-0032-02

    0 引 言

    傳統(tǒng)的倉庫管理,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)施倉庫內(nèi)部的管理,因此倉庫管理的效率極其低下[1]?;诖?,本文利用目前主要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),全方位考慮倉儲(chǔ)管理研究范圍,以技術(shù)集成和運(yùn)用范圍擴(kuò)展為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計(jì)智能物聯(lián)網(wǎng)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)。我們利用Linux操作系統(tǒng),ZigBee和RFID技術(shù)搭建倉庫智能管理系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠增強(qiáng)庫房作業(yè)的準(zhǔn)確性和快捷性、減少整個(gè)倉庫物資出入庫中由于管理不到位造成的非法出入庫、誤置、偷竊和庫存、出貨錯(cuò)誤等損失,并最大限度地減少儲(chǔ)存成本和保障了倉庫物資的安全。

    1 終端總體設(shè)計(jì)

    本設(shè)計(jì)終端采用的Cortex-M0平臺(tái)終端整體方案如圖1所示。

    圖1 Cortex-M0終端整體方案

    此平臺(tái)處理器是市場(chǎng)上現(xiàn)有的尺寸最小、 能耗最低、最節(jié)能的ARM處理器[2]。該終端負(fù)責(zé)對(duì)當(dāng)前環(huán)境信息進(jìn)行采集,初步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包并通過無線通信設(shè)備ZigBee發(fā)送給S5PC100為核心的Cortex-A8端,Cortex-A8服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)二次處理后給M0終端發(fā)送指令并實(shí)時(shí)響應(yīng)各種操作。倉庫管理系統(tǒng)的相關(guān)信息主要包括溫濕度、光感度、三軸加速度、風(fēng)扇、蜂鳴器、LED燈、數(shù)碼管顯示、M0終端液晶屏顯示以及進(jìn)出庫的商品刷卡信息。

    2 終端硬件設(shè)計(jì)

    2.1 數(shù)據(jù)采集端硬件設(shè)計(jì)

    該倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)采集終端采用的是LPC11C14主控芯片,它是ARM Cortex-M0系列低功耗、低成本的32位處理器。最高主頻可以工作到50 MHz,片上內(nèi)部擁有32 KB FLASH和8 KB的RAM,并且內(nèi)置多個(gè)UART接口,分別用于RFID讀卡模塊連接和ZigBee的通信。無論在處理數(shù)據(jù)的速度上還是在功耗上,亦或是抗干擾能力上,它完全能夠勝任終端數(shù)據(jù)采集的重任。

    RFID模塊采用CY-14443A系列射頻讀寫模塊,它是基于ISO14443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)專用芯片,采用0.6微米CMOS EEPROM工藝,支持ISO14443 typeA協(xié)議,支持MIFARE標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。RFID讀卡模塊通過SPI接口與M0進(jìn)行連接,它的中斷引腳與M0的IO口相連,在主程序中,只要判斷該IO口的電平高低,即可判斷是否有卡,如果有卡,則進(jìn)行相應(yīng)的讀卡操作。

    2.2 ZigBee無線通信模塊硬件設(shè)計(jì)

    ZigBee是近年來發(fā)展迅速的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的近距離、低功耗、低成本、低復(fù)雜度的無線通信技術(shù)[3]。ZigBee協(xié)議基于IEEE 802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)制定,包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、安全層等,可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自維護(hù)功能[4,5]。我們?cè)诖瞬捎昧薢ICM2410無線通信模塊,它是集成CPU的單片ZigBee芯片,為ZigBee網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)高性能、低成本的射頻收發(fā)方案。

    3 終端軟件設(shè)計(jì)

    3.1 數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)采集終端軟件流程如圖2所示。系統(tǒng)上電初始化M0終端上的各個(gè)設(shè)備包括系統(tǒng)定時(shí)器、GPIO口、SPI、UART、I2C等設(shè)備,然后配置系統(tǒng)滴答定時(shí)器,設(shè)置其終端為1 ms,進(jìn)而設(shè)置中斷處理函數(shù),精確到1 s。最后將第一次采集的信息顯示在M0終端的液晶屏上。

    主程序進(jìn)行輪詢判斷,在沒有外部中斷的情況下主要執(zhí)行環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和M0終端液晶屏的數(shù)據(jù)顯示,并將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給A8服務(wù)器。

    當(dāng)有外部RFID刷卡時(shí),其他數(shù)據(jù)正常采集,RFID中斷函數(shù)同時(shí)對(duì)磁卡數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和校驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性,并發(fā)送給A8服務(wù)器;

    當(dāng)有ZigBee接收數(shù)據(jù)的中斷產(chǎn)生時(shí),其他數(shù)據(jù)正常采集,ZigBee接收數(shù)據(jù)的中斷處理函數(shù)接收A8服務(wù)器發(fā)送過來的指令,執(zhí)行不同的設(shè)備。

    圖2 數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)流程圖

    3.2 ZigBee無線通信模塊軟件設(shè)計(jì)

    3.2.1 ZigBee路由算法

    ZigBee路由算法的任務(wù)是在節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間建立路由,實(shí)現(xiàn)可靠地?cái)?shù)據(jù)傳遞。一個(gè)完整的ZigBee路由算法應(yīng)包括路由方式、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等內(nèi)容[7]。而ZigBee常見的路由算法有三種:AODVjr算法,Cluster-tree算法,Cluster-tree+AODVjr算法,而ZigBee網(wǎng)絡(luò)目前采用的是第三種算法。該算法結(jié)合Cluster-tree和AODVjr 兩種路由算法的優(yōu)點(diǎn),它把網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)細(xì)分為4類, 分別是:Coordinator、RN + 、RN-、RFD。其中Coordinator、RN+、RN-都是全功能節(jié)點(diǎn),但前兩者具有路由發(fā)現(xiàn)和消息轉(zhuǎn)發(fā)功能, 在轉(zhuǎn)發(fā)消息時(shí)啟動(dòng)AODVjr算法主動(dòng)查找最佳路徑;RN-沒有路由發(fā)現(xiàn)功能,在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)啟動(dòng)Cluster-tree算法并通過自身的計(jì)算能力作出判斷,將消息轉(zhuǎn)發(fā)給父節(jié)點(diǎn)或者其中一個(gè)子節(jié)點(diǎn);RFD是精簡功能設(shè)備,只能充當(dāng)葉子節(jié)點(diǎn),即只能將消息傳送給父節(jié)點(diǎn), 請(qǐng)其轉(zhuǎn)發(fā)[6]。

    3.2.2 ZigBee通信模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)流程

    本文設(shè)計(jì)的ZigBee無線通信模塊收發(fā)數(shù)據(jù)的主要流程有:初始化各個(gè)引腳和寄存器,對(duì)功能寄存器賦值,初始化SPI752等。其流程圖如圖3所示。

    圖3 ZigBee通信模塊收發(fā)數(shù)據(jù)流程

    4 結(jié) 語

    物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端是倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中極為重要的組成部分,極大地減少了倉儲(chǔ)管理的難度,并且增強(qiáng)了管理系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和快捷性。本文設(shè)計(jì)了一種基于LPC11C14微控制器的采集終端,能夠?qū)崿F(xiàn)將溫濕度、光感度、三軸加速度、電壓信息以及進(jìn)出倉庫的刷卡信息通過ZigBee模塊發(fā)送到Cortex-A8控制端。該終端將RFID模塊和ZigBee模塊結(jié)合,構(gòu)成無線閱讀器終端,最大化地發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。既能完成倉庫的貨物盤點(diǎn)又可以實(shí)現(xiàn)倉庫管理的智能化。更能夠廣泛地應(yīng)用于智能家居、工業(yè)監(jiān)控、智能電網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,該倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端必定有著廣闊的應(yīng)用前景.

    參 考 文 獻(xiàn)

    [1]陳遙,吳曉波,周文.基于融合ZigBee與RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國物流,2012(3):128-130.

    [2]范云龍.Cortex-M0處理器初探[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用,2010(6):78-81.

    [3]詹杰,周仁龍,吳伶錫.基于ZigBee的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào),2007,29(4):76-79.

    [4]曹越,胡方明,黨妮.ZigBee網(wǎng)絡(luò)Cluster-Tree優(yōu)化路由算法研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用,2012(10):4-7.

    [5]CUOMO F, CIPOLLONE E, ABBAGNALE A. Performance analysis of IEEE 802.15.4 wireless sensor net-works: an insight into the topology formation process [J]. Computer Networks, 2009, 53(18): 3057-3075.

    [6]郭瑞星,王慶生.ZigBee 路由算法的研究與改進(jìn)[J]. 電腦開發(fā)與應(yīng)用,2011(5):32-34.

    [7]周斌斌.ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)的研究[D].長沙:中南大學(xué),2009.

    摘 要:介紹了一種以S5PC100為硬件平臺(tái)和嵌入式Linux為軟件平臺(tái)的倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)方案。該終端以基于Cortex-M0 內(nèi)核的LPC11C14芯片為主控制單元,通過倉儲(chǔ)環(huán)境信息采集模塊將采集到的信息上傳給控制設(shè)備,并對(duì)控制設(shè)備發(fā)出的指令進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)。此方案還集合了RFID技術(shù)和ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢(shì),為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了一種有效的解決方案,在現(xiàn)代倉儲(chǔ)管理中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

    關(guān)鍵詞:LPC11C14;RFID;ZigBee;環(huán)境信息采集;信息上傳

    中圖分類號(hào):TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-1302(2014)02-0032-02

    0 引 言

    傳統(tǒng)的倉庫管理,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)施倉庫內(nèi)部的管理,因此倉庫管理的效率極其低下[1]。基于此,本文利用目前主要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),全方位考慮倉儲(chǔ)管理研究范圍,以技術(shù)集成和運(yùn)用范圍擴(kuò)展為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計(jì)智能物聯(lián)網(wǎng)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)。我們利用Linux操作系統(tǒng),ZigBee和RFID技術(shù)搭建倉庫智能管理系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠增強(qiáng)庫房作業(yè)的準(zhǔn)確性和快捷性、減少整個(gè)倉庫物資出入庫中由于管理不到位造成的非法出入庫、誤置、偷竊和庫存、出貨錯(cuò)誤等損失,并最大限度地減少儲(chǔ)存成本和保障了倉庫物資的安全。

    1 終端總體設(shè)計(jì)

    本設(shè)計(jì)終端采用的Cortex-M0平臺(tái)終端整體方案如圖1所示。

    圖1 Cortex-M0終端整體方案

    此平臺(tái)處理器是市場(chǎng)上現(xiàn)有的尺寸最小、 能耗最低、最節(jié)能的ARM處理器[2]。該終端負(fù)責(zé)對(duì)當(dāng)前環(huán)境信息進(jìn)行采集,初步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包并通過無線通信設(shè)備ZigBee發(fā)送給S5PC100為核心的Cortex-A8端,Cortex-A8服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)二次處理后給M0終端發(fā)送指令并實(shí)時(shí)響應(yīng)各種操作。倉庫管理系統(tǒng)的相關(guān)信息主要包括溫濕度、光感度、三軸加速度、風(fēng)扇、蜂鳴器、LED燈、數(shù)碼管顯示、M0終端液晶屏顯示以及進(jìn)出庫的商品刷卡信息。

    2 終端硬件設(shè)計(jì)

    2.1 數(shù)據(jù)采集端硬件設(shè)計(jì)

    該倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)采集終端采用的是LPC11C14主控芯片,它是ARM Cortex-M0系列低功耗、低成本的32位處理器。最高主頻可以工作到50 MHz,片上內(nèi)部擁有32 KB FLASH和8 KB的RAM,并且內(nèi)置多個(gè)UART接口,分別用于RFID讀卡模塊連接和ZigBee的通信。無論在處理數(shù)據(jù)的速度上還是在功耗上,亦或是抗干擾能力上,它完全能夠勝任終端數(shù)據(jù)采集的重任。

    RFID模塊采用CY-14443A系列射頻讀寫模塊,它是基于ISO14443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)專用芯片,采用0.6微米CMOS EEPROM工藝,支持ISO14443 typeA協(xié)議,支持MIFARE標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。RFID讀卡模塊通過SPI接口與M0進(jìn)行連接,它的中斷引腳與M0的IO口相連,在主程序中,只要判斷該IO口的電平高低,即可判斷是否有卡,如果有卡,則進(jìn)行相應(yīng)的讀卡操作。

    2.2 ZigBee無線通信模塊硬件設(shè)計(jì)

    ZigBee是近年來發(fā)展迅速的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的近距離、低功耗、低成本、低復(fù)雜度的無線通信技術(shù)[3]。ZigBee協(xié)議基于IEEE 802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)制定,包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、安全層等,可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自維護(hù)功能[4,5]。我們?cè)诖瞬捎昧薢ICM2410無線通信模塊,它是集成CPU的單片ZigBee芯片,為ZigBee網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)高性能、低成本的射頻收發(fā)方案。

    3 終端軟件設(shè)計(jì)

    3.1 數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)采集終端軟件流程如圖2所示。系統(tǒng)上電初始化M0終端上的各個(gè)設(shè)備包括系統(tǒng)定時(shí)器、GPIO口、SPI、UART、I2C等設(shè)備,然后配置系統(tǒng)滴答定時(shí)器,設(shè)置其終端為1 ms,進(jìn)而設(shè)置中斷處理函數(shù),精確到1 s。最后將第一次采集的信息顯示在M0終端的液晶屏上。

    主程序進(jìn)行輪詢判斷,在沒有外部中斷的情況下主要執(zhí)行環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和M0終端液晶屏的數(shù)據(jù)顯示,并將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給A8服務(wù)器。

    當(dāng)有外部RFID刷卡時(shí),其他數(shù)據(jù)正常采集,RFID中斷函數(shù)同時(shí)對(duì)磁卡數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和校驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性,并發(fā)送給A8服務(wù)器;

    當(dāng)有ZigBee接收數(shù)據(jù)的中斷產(chǎn)生時(shí),其他數(shù)據(jù)正常采集,ZigBee接收數(shù)據(jù)的中斷處理函數(shù)接收A8服務(wù)器發(fā)送過來的指令,執(zhí)行不同的設(shè)備。

    圖2 數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)流程圖

    3.2 ZigBee無線通信模塊軟件設(shè)計(jì)

    3.2.1 ZigBee路由算法

    ZigBee路由算法的任務(wù)是在節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間建立路由,實(shí)現(xiàn)可靠地?cái)?shù)據(jù)傳遞。一個(gè)完整的ZigBee路由算法應(yīng)包括路由方式、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等內(nèi)容[7]。而ZigBee常見的路由算法有三種:AODVjr算法,Cluster-tree算法,Cluster-tree+AODVjr算法,而ZigBee網(wǎng)絡(luò)目前采用的是第三種算法。該算法結(jié)合Cluster-tree和AODVjr 兩種路由算法的優(yōu)點(diǎn),它把網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)細(xì)分為4類, 分別是:Coordinator、RN + 、RN-、RFD。其中Coordinator、RN+、RN-都是全功能節(jié)點(diǎn),但前兩者具有路由發(fā)現(xiàn)和消息轉(zhuǎn)發(fā)功能, 在轉(zhuǎn)發(fā)消息時(shí)啟動(dòng)AODVjr算法主動(dòng)查找最佳路徑;RN-沒有路由發(fā)現(xiàn)功能,在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)啟動(dòng)Cluster-tree算法并通過自身的計(jì)算能力作出判斷,將消息轉(zhuǎn)發(fā)給父節(jié)點(diǎn)或者其中一個(gè)子節(jié)點(diǎn);RFD是精簡功能設(shè)備,只能充當(dāng)葉子節(jié)點(diǎn),即只能將消息傳送給父節(jié)點(diǎn), 請(qǐng)其轉(zhuǎn)發(fā)[6]。

    3.2.2 ZigBee通信模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)流程

    本文設(shè)計(jì)的ZigBee無線通信模塊收發(fā)數(shù)據(jù)的主要流程有:初始化各個(gè)引腳和寄存器,對(duì)功能寄存器賦值,初始化SPI752等。其流程圖如圖3所示。

    圖3 ZigBee通信模塊收發(fā)數(shù)據(jù)流程

    4 結(jié) 語

    物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端是倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中極為重要的組成部分,極大地減少了倉儲(chǔ)管理的難度,并且增強(qiáng)了管理系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和快捷性。本文設(shè)計(jì)了一種基于LPC11C14微控制器的采集終端,能夠?qū)崿F(xiàn)將溫濕度、光感度、三軸加速度、電壓信息以及進(jìn)出倉庫的刷卡信息通過ZigBee模塊發(fā)送到Cortex-A8控制端。該終端將RFID模塊和ZigBee模塊結(jié)合,構(gòu)成無線閱讀器終端,最大化地發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。既能完成倉庫的貨物盤點(diǎn)又可以實(shí)現(xiàn)倉庫管理的智能化。更能夠廣泛地應(yīng)用于智能家居、工業(yè)監(jiān)控、智能電網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,該倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端必定有著廣闊的應(yīng)用前景.

    參 考 文 獻(xiàn)

    [1]陳遙,吳曉波,周文.基于融合ZigBee與RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國物流,2012(3):128-130.

    [2]范云龍.Cortex-M0處理器初探[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用,2010(6):78-81.

    [3]詹杰,周仁龍,吳伶錫.基于ZigBee的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào),2007,29(4):76-79.

    [4]曹越,胡方明,黨妮.ZigBee網(wǎng)絡(luò)Cluster-Tree優(yōu)化路由算法研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用,2012(10):4-7.

    [5]CUOMO F, CIPOLLONE E, ABBAGNALE A. Performance analysis of IEEE 802.15.4 wireless sensor net-works: an insight into the topology formation process [J]. Computer Networks, 2009, 53(18): 3057-3075.

    [6]郭瑞星,王慶生.ZigBee 路由算法的研究與改進(jìn)[J]. 電腦開發(fā)與應(yīng)用,2011(5):32-34.

    [7]周斌斌.ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)的研究[D].長沙:中南大學(xué),2009.

    摘 要:介紹了一種以S5PC100為硬件平臺(tái)和嵌入式Linux為軟件平臺(tái)的倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)方案。該終端以基于Cortex-M0 內(nèi)核的LPC11C14芯片為主控制單元,通過倉儲(chǔ)環(huán)境信息采集模塊將采集到的信息上傳給控制設(shè)備,并對(duì)控制設(shè)備發(fā)出的指令進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)。此方案還集合了RFID技術(shù)和ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢(shì),為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了一種有效的解決方案,在現(xiàn)代倉儲(chǔ)管理中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

    關(guān)鍵詞:LPC11C14;RFID;ZigBee;環(huán)境信息采集;信息上傳

    中圖分類號(hào):TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-1302(2014)02-0032-02

    0 引 言

    傳統(tǒng)的倉庫管理,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)施倉庫內(nèi)部的管理,因此倉庫管理的效率極其低下[1]。基于此,本文利用目前主要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),全方位考慮倉儲(chǔ)管理研究范圍,以技術(shù)集成和運(yùn)用范圍擴(kuò)展為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計(jì)智能物聯(lián)網(wǎng)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)。我們利用Linux操作系統(tǒng),ZigBee和RFID技術(shù)搭建倉庫智能管理系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠增強(qiáng)庫房作業(yè)的準(zhǔn)確性和快捷性、減少整個(gè)倉庫物資出入庫中由于管理不到位造成的非法出入庫、誤置、偷竊和庫存、出貨錯(cuò)誤等損失,并最大限度地減少儲(chǔ)存成本和保障了倉庫物資的安全。

    1 終端總體設(shè)計(jì)

    本設(shè)計(jì)終端采用的Cortex-M0平臺(tái)終端整體方案如圖1所示。

    圖1 Cortex-M0終端整體方案

    此平臺(tái)處理器是市場(chǎng)上現(xiàn)有的尺寸最小、 能耗最低、最節(jié)能的ARM處理器[2]。該終端負(fù)責(zé)對(duì)當(dāng)前環(huán)境信息進(jìn)行采集,初步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包并通過無線通信設(shè)備ZigBee發(fā)送給S5PC100為核心的Cortex-A8端,Cortex-A8服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)二次處理后給M0終端發(fā)送指令并實(shí)時(shí)響應(yīng)各種操作。倉庫管理系統(tǒng)的相關(guān)信息主要包括溫濕度、光感度、三軸加速度、風(fēng)扇、蜂鳴器、LED燈、數(shù)碼管顯示、M0終端液晶屏顯示以及進(jìn)出庫的商品刷卡信息。

    2 終端硬件設(shè)計(jì)

    2.1 數(shù)據(jù)采集端硬件設(shè)計(jì)

    該倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)采集終端采用的是LPC11C14主控芯片,它是ARM Cortex-M0系列低功耗、低成本的32位處理器。最高主頻可以工作到50 MHz,片上內(nèi)部擁有32 KB FLASH和8 KB的RAM,并且內(nèi)置多個(gè)UART接口,分別用于RFID讀卡模塊連接和ZigBee的通信。無論在處理數(shù)據(jù)的速度上還是在功耗上,亦或是抗干擾能力上,它完全能夠勝任終端數(shù)據(jù)采集的重任。

    RFID模塊采用CY-14443A系列射頻讀寫模塊,它是基于ISO14443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)專用芯片,采用0.6微米CMOS EEPROM工藝,支持ISO14443 typeA協(xié)議,支持MIFARE標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。RFID讀卡模塊通過SPI接口與M0進(jìn)行連接,它的中斷引腳與M0的IO口相連,在主程序中,只要判斷該IO口的電平高低,即可判斷是否有卡,如果有卡,則進(jìn)行相應(yīng)的讀卡操作。

    2.2 ZigBee無線通信模塊硬件設(shè)計(jì)

    ZigBee是近年來發(fā)展迅速的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的近距離、低功耗、低成本、低復(fù)雜度的無線通信技術(shù)[3]。ZigBee協(xié)議基于IEEE 802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)制定,包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、安全層等,可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自維護(hù)功能[4,5]。我們?cè)诖瞬捎昧薢ICM2410無線通信模塊,它是集成CPU的單片ZigBee芯片,為ZigBee網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)高性能、低成本的射頻收發(fā)方案。

    3 終端軟件設(shè)計(jì)

    3.1 數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)采集終端軟件流程如圖2所示。系統(tǒng)上電初始化M0終端上的各個(gè)設(shè)備包括系統(tǒng)定時(shí)器、GPIO口、SPI、UART、I2C等設(shè)備,然后配置系統(tǒng)滴答定時(shí)器,設(shè)置其終端為1 ms,進(jìn)而設(shè)置中斷處理函數(shù),精確到1 s。最后將第一次采集的信息顯示在M0終端的液晶屏上。

    主程序進(jìn)行輪詢判斷,在沒有外部中斷的情況下主要執(zhí)行環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和M0終端液晶屏的數(shù)據(jù)顯示,并將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給A8服務(wù)器。

    當(dāng)有外部RFID刷卡時(shí),其他數(shù)據(jù)正常采集,RFID中斷函數(shù)同時(shí)對(duì)磁卡數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和校驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性,并發(fā)送給A8服務(wù)器;

    當(dāng)有ZigBee接收數(shù)據(jù)的中斷產(chǎn)生時(shí),其他數(shù)據(jù)正常采集,ZigBee接收數(shù)據(jù)的中斷處理函數(shù)接收A8服務(wù)器發(fā)送過來的指令,執(zhí)行不同的設(shè)備。

    圖2 數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)流程圖

    3.2 ZigBee無線通信模塊軟件設(shè)計(jì)

    3.2.1 ZigBee路由算法

    ZigBee路由算法的任務(wù)是在節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間建立路由,實(shí)現(xiàn)可靠地?cái)?shù)據(jù)傳遞。一個(gè)完整的ZigBee路由算法應(yīng)包括路由方式、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等內(nèi)容[7]。而ZigBee常見的路由算法有三種:AODVjr算法,Cluster-tree算法,Cluster-tree+AODVjr算法,而ZigBee網(wǎng)絡(luò)目前采用的是第三種算法。該算法結(jié)合Cluster-tree和AODVjr 兩種路由算法的優(yōu)點(diǎn),它把網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)細(xì)分為4類, 分別是:Coordinator、RN + 、RN-、RFD。其中Coordinator、RN+、RN-都是全功能節(jié)點(diǎn),但前兩者具有路由發(fā)現(xiàn)和消息轉(zhuǎn)發(fā)功能, 在轉(zhuǎn)發(fā)消息時(shí)啟動(dòng)AODVjr算法主動(dòng)查找最佳路徑;RN-沒有路由發(fā)現(xiàn)功能,在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)啟動(dòng)Cluster-tree算法并通過自身的計(jì)算能力作出判斷,將消息轉(zhuǎn)發(fā)給父節(jié)點(diǎn)或者其中一個(gè)子節(jié)點(diǎn);RFD是精簡功能設(shè)備,只能充當(dāng)葉子節(jié)點(diǎn),即只能將消息傳送給父節(jié)點(diǎn), 請(qǐng)其轉(zhuǎn)發(fā)[6]。

    3.2.2 ZigBee通信模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)流程

    本文設(shè)計(jì)的ZigBee無線通信模塊收發(fā)數(shù)據(jù)的主要流程有:初始化各個(gè)引腳和寄存器,對(duì)功能寄存器賦值,初始化SPI752等。其流程圖如圖3所示。

    圖3 ZigBee通信模塊收發(fā)數(shù)據(jù)流程

    4 結(jié) 語

    物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端是倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中極為重要的組成部分,極大地減少了倉儲(chǔ)管理的難度,并且增強(qiáng)了管理系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和快捷性。本文設(shè)計(jì)了一種基于LPC11C14微控制器的采集終端,能夠?qū)崿F(xiàn)將溫濕度、光感度、三軸加速度、電壓信息以及進(jìn)出倉庫的刷卡信息通過ZigBee模塊發(fā)送到Cortex-A8控制端。該終端將RFID模塊和ZigBee模塊結(jié)合,構(gòu)成無線閱讀器終端,最大化地發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。既能完成倉庫的貨物盤點(diǎn)又可以實(shí)現(xiàn)倉庫管理的智能化。更能夠廣泛地應(yīng)用于智能家居、工業(yè)監(jiān)控、智能電網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,該倉儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端必定有著廣闊的應(yīng)用前景.

    參 考 文 獻(xiàn)

    [1]陳遙,吳曉波,周文.基于融合ZigBee與RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國物流,2012(3):128-130.

    [2]范云龍.Cortex-M0處理器初探[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用,2010(6):78-81.

    [3]詹杰,周仁龍,吳伶錫.基于ZigBee的公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào),2007,29(4):76-79.

    [4]曹越,胡方明,黨妮.ZigBee網(wǎng)絡(luò)Cluster-Tree優(yōu)化路由算法研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用,2012(10):4-7.

    [5]CUOMO F, CIPOLLONE E, ABBAGNALE A. Performance analysis of IEEE 802.15.4 wireless sensor net-works: an insight into the topology formation process [J]. Computer Networks, 2009, 53(18): 3057-3075.

    [6]郭瑞星,王慶生.ZigBee 路由算法的研究與改進(jìn)[J]. 電腦開發(fā)與應(yīng)用,2011(5):32-34.

    [7]周斌斌.ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)的研究[D].長沙:中南大學(xué),2009.

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