基于K60與CC2530的無(wú)線智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的研究

閆文娟，王紅磊（南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 南京　211135）

基于K60與CC2530的無(wú)線智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的研究

閆文娟，王紅磊
（南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 南京211135）

為了提高倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的布線靈活度，提高倉(cāng)儲(chǔ)管理效率，本文設(shè)計(jì)了一種以K60與CC2530為核心的高性能無(wú)線智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用ZigBee無(wú)線組網(wǎng)，集成了倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)采集、分析、處理和門禁管理等功能。通過(guò)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的實(shí)際應(yīng)用，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸和控制方面性能穩(wěn)定，降低了25％的人力成本，提高了30％的效率，達(dá)到了預(yù)期效果。

倉(cāng)儲(chǔ)管理；ZigBee；RFID；K60

精準(zhǔn)的倉(cāng)儲(chǔ)管理能夠有效控制和降低流通與庫(kù)存成本，是企業(yè)保持優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵助力與保證。倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)不僅要求對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還要對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)的進(jìn)出人員進(jìn)行管理與監(jiān)控。

K60微處理器是基于 ARM Cortex-M4內(nèi)核的 32位MCU，其優(yōu)勢(shì)在于將Cortex-M系列處理器低功耗和良好的信號(hào)處理能力結(jié)合起來(lái)，因此十分適合作為倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的控制和信息處理單元。ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種自動(dòng)組網(wǎng)的雙向無(wú)線通信技術(shù)，由于ZigBee具有近距離、低功耗、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大、兼容性和安全性高、實(shí)現(xiàn)成本低等特點(diǎn)，可以嵌入到各種設(shè)備中，成為目前最常用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)解決方案。

本倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)以飛思卡爾的K60微處理器為控制核心，采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集各傳感器及RFID射頻識(shí)別模塊的數(shù)據(jù)，提供了方便的人機(jī)交互界面和實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警功能，能夠準(zhǔn)確高效地管理和監(jiān)控倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境和進(jìn)出人員信息。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由終端節(jié)點(diǎn)和主節(jié)點(diǎn)兩部分組成。終端節(jié)點(diǎn)包括溫濕度傳感模塊、煙霧傳感模塊、光照傳感模塊、超聲波測(cè)距模塊、控制電路模塊、振動(dòng)傳感模塊、ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊、RFID射頻模塊。主節(jié)點(diǎn)包括K60核心板、觸摸彩屏、LED燈、ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊及外圍電路。兩節(jié)點(diǎn)之間采用ZigBee 2007協(xié)議進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通信。ZigBee網(wǎng)絡(luò)突破了傳統(tǒng)布線的種種限制，使各個(gè)節(jié)點(diǎn)在ZigBee通信范圍內(nèi)能夠靈活安放。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

終端節(jié)點(diǎn)能自行檢測(cè)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境中的溫濕度、煙霧、光照等參數(shù)，并能將采集、處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，主節(jié)點(diǎn)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊通過(guò)串口與K60核心板通信。

振動(dòng)傳感模塊和RFID射頻識(shí)別模塊用于倉(cāng)儲(chǔ)門禁系統(tǒng)，主要用于進(jìn)出倉(cāng)儲(chǔ)的人員管理，如果出現(xiàn)對(duì)振動(dòng)條件要求苛刻的貨物，振動(dòng)模塊也可用于檢測(cè)貨物的振動(dòng)，RFID射頻模塊也可用于物品標(biāo)簽信息的讀??；控制電路模塊包括驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)字或開關(guān)量控制、紅外遙控等電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備的管理控制。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1終端節(jié)點(diǎn)

終端節(jié)點(diǎn)包括兩個(gè)子模塊：傳感器/RFID射頻識(shí)別模塊和ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊。傳感器/RFID射頻識(shí)別模塊嵌入了飛思卡爾的MKL04Z16VLC4微控制器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)的處理，使之轉(zhuǎn)換為便于ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊采用TI公司的CC2530單片機(jī)為主控芯片。CC2530是在2.4 GHz頻段推出的第二代支持 IEEE 802.15.4/ZigBee協(xié)議的片上系統(tǒng)芯片，其內(nèi)部集成了高性能RF收發(fā)器、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型 8051 MCU內(nèi)核、256KB FlashROM和8 kB RAM。RFID射頻識(shí)別模塊采用NXP公司的MF RC522非接觸式讀寫卡芯片，是一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片。RFID射頻模塊的任務(wù)是檢測(cè)設(shè)別IC卡片，采用高頻（13.56 MHz，HF段）頻段，用于管理進(jìn)出倉(cāng)儲(chǔ)人員。終端傳感器節(jié)點(diǎn)電路框圖如圖2所示。RFID射頻識(shí)別模塊電路框圖如圖3所示。

圖2　終端節(jié)點(diǎn)電路框圖

圖3　RFID射頻識(shí)別模塊電路框圖

2.2主節(jié)點(diǎn)

主節(jié)點(diǎn)包括K60核心板、TFT觸摸屏、LED燈，OV7670圖像傳感器模塊和ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊。主節(jié)點(diǎn)電路框圖如圖4所示。K60芯片的集成度較高，配備豐富的模擬、通信、定時(shí)和控制外設(shè)，提供不同級(jí)別的CPU頻率，最高可達(dá)100 MHz，可以高速的對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。選用TFT觸摸屏避免了繁瑣的按鍵設(shè)置，提供一種更加直觀的人機(jī)交互方式。LED燈配合蜂鳴器提供報(bào)警等功能。OV7670是數(shù)字圖像傳感器，具有體積小，工作電壓低等優(yōu)點(diǎn)，OV7670的VGA圖像刷新最高速為30幀/秒，使用時(shí)可以通過(guò)SCCB總線自由設(shè)置圖像的質(zhì)量、數(shù)據(jù)的格式和圖像信息傳輸方式。圖像傳感器模塊配合RFID模塊和振動(dòng)傳感模塊采集圖像數(shù)據(jù)，便于更好管理進(jìn)出倉(cāng)儲(chǔ)空間人員和貨物。ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊主要負(fù)責(zé)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建和提供終端節(jié)點(diǎn)和主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信。

圖4　主節(jié)點(diǎn)電路框圖

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件概述

軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)人機(jī)交互界面、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集報(bào)警回看和控制等功能。系統(tǒng)采用IAR軟件開發(fā)環(huán)境，利用模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。軟件總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5　軟件結(jié)構(gòu)

3.2終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

該模塊可實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商分類管理，實(shí)現(xiàn)合格供方的審核與積極評(píng)價(jià)功能、自定義審核流程；支持管理供應(yīng)商資質(zhì)檔案管理（文檔或圖片形式），支持提取合格供方目錄；實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商有效管控，物資采購(gòu)采用合格供方提供供貨范圍內(nèi)的物料。

終端節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境各項(xiàng)參數(shù)，并把這些參數(shù)轉(zhuǎn)換后通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，另外終端節(jié)點(diǎn)也可以接收和執(zhí)行主節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的管理控制命令對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行管理控制，達(dá)到自動(dòng)或手動(dòng)監(jiān)控的目的。RFID射頻識(shí)別模塊用于識(shí)讀員工IC卡，進(jìn)行門禁的管理。終端傳感器節(jié)點(diǎn)程序流程圖如圖6所示。RFID射頻識(shí)別模塊程序流程圖如圖7所示。

3.3主節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

主節(jié)點(diǎn)程序主要是實(shí)現(xiàn)接收各終端節(jié)點(diǎn)模塊發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理后形成相應(yīng)的控制命令，對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理、控制以及報(bào)警等功能，并提供人接交互界面。操作界面主要包括歡迎界面、主頁(yè)、監(jiān)測(cè)控制子界面、組網(wǎng)子界面、回看子界面、設(shè)置子界面，其中監(jiān)測(cè)控制子界面流程圖如圖8所示。

下面以“溫度測(cè)量界面”為例介紹系統(tǒng)控制過(guò)程，溫度傳感模塊節(jié)點(diǎn)每隔15分鐘（可調(diào)）將測(cè)量及處理后的溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給K60，k60接收到溫度數(shù)據(jù)后在屏幕上繪制溫度變化折線圖，并與設(shè)置的溫度上限和下限進(jìn)行比較。當(dāng)溫度數(shù)據(jù)處于正常范圍內(nèi)，LED綠燈正常閃爍；當(dāng)溫度數(shù)據(jù)超過(guò)上限時(shí)，LED紅燈快速閃爍；當(dāng)溫度數(shù)據(jù)超過(guò)下限時(shí)，LED藍(lán)燈慢速閃速。“光強(qiáng)”，“煙霧”，“測(cè)距”測(cè)量過(guò)程與溫度測(cè)量過(guò)程相同。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入RFID或振動(dòng)測(cè)量界面后，在RFID模塊讀卡成功或者振動(dòng)模塊檢測(cè)到振動(dòng)后，k60主控芯片啟動(dòng)圖像傳感器進(jìn)行圖像采集，并將圖像保存至存儲(chǔ)卡。

圖6　終端傳感器節(jié)點(diǎn)程序流程圖

圖7　RFID模塊程序流程圖

4　結(jié)論

圖8　監(jiān)測(cè)控制子界面流程圖

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于K60微處理器，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)無(wú)線組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境信息的無(wú)線檢測(cè)和相關(guān)設(shè)備的管理控制，同時(shí)系統(tǒng)集成了RFID模塊和圖像傳感器模塊，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)儲(chǔ)的門禁系統(tǒng)管理和圖像的采集。該系統(tǒng)通過(guò)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的實(shí)際應(yīng)用，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸和管理控制方面性能穩(wěn)定，不僅可以對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)也可以對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)的進(jìn)出人員進(jìn)行了有效的管理與監(jiān)控，降低了25％的人力成本和設(shè)備成本，提高了30％的管理效率，取得了良好地效果。本系統(tǒng)具有體積小、成本低、安裝簡(jiǎn)單、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，有一定的實(shí)用性、靈活性、可擴(kuò)展性和可操作性，也可以被廣泛地應(yīng)用于其他領(lǐng)域。

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Design of wireless intelligent warehouse management system based on K60 and CC2530

YAN Wen-juan，WANG Hong-lei
（Nanjing Technological College of Machinery and Electricity，Nanjing 211135，China）

In order to improve warehouse management system wiring flexibility and improve the efficiency of warehouse management，wireless intelligent warehouse management system is designed based on K60 and CC2530 in this paper，the system uses ZigBee wireless networking and integrates the functions of data acquisition，analysis，processing and access control of warehouse environment.Through the practical application of the storage environment，the system possess high-performance characteristic in data acquisition，network transmission and control system performance.System is applied to reduce labor cost of 25％，improve the efficiency of 30％.The experiment results are good.

warehouse management；ZigBee；RFID；K60

TN99

A

1674－6236（2016）07-0088-03

2015-06-15稿件編號(hào)：201506157

閆文娟（1977—），女，江蘇南京人，碩士研究生，講師。研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。