基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張晏魁

摘? 要： 傳統(tǒng)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)的分揀效果差，為了解決這一問(wèn)題，提出基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件包括主機(jī)裝置電路、顯示裝置電路、指令裝置電路、重量信號(hào)采集裝置電路和冷鏈分揀裝置電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件，使用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)冷鏈物流智能分揀。軟、硬件結(jié)合，完成基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。最后，搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，再調(diào)試硬件、軟件和串口連接方式。完成實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建后，分別測(cè)試兩個(gè)系統(tǒng)的分揀效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)的分揀效果更好，符合設(shè)計(jì)需求。

關(guān)鍵詞： 冷鏈物流; 智能分揀; 系統(tǒng)設(shè)計(jì); 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù); 電路設(shè)計(jì); 系統(tǒng)測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)： TN921?34; TP84.2? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2020）20?0053?04

Design of cold?chain logistics intelligent sorting system based on RFID technology

ZHANG Yankui

（Hainan Tropical Ocean University， Sanya 572000， China）

Abstract：A design of cold?chain logistics intelligent sorting system based on RFID technology is proposed because the sorting effect of the traditional cold?chain logistics intelligent sorting system is bad. The hardware design of the system includes host module circuit， display module circuit， command module circuit， weight signal acquisition module circuit and cold?chain sorting device circuit. In the software of the system， the RFID technology is used to realize the intelligent sorting of cold?chain logistics. The design of cold?chain logistics intelligent sorting system based on RFID technology is completed by combining the software and hardware. After completing the establishment of the experimental environment， the connection mode of serial port of the hardware and software were debugged， and the sorting effects of the two systems were tested. The experimental results show that the cold?chain logistics intelligent sorting system based on RFID technology has better sorting effect and can meet the design requirements.

Keywords： cold?chain logistics; intelligent sorting; system design; RFID technology; circuit design; system testing

0? 引? 言

當(dāng)前有關(guān)冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)的研究較少，常采用的系統(tǒng)有基于模型的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)和傳統(tǒng)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)。這兩個(gè)系統(tǒng)都是由計(jì)算機(jī)將到達(dá)的貨物配送到指定地點(diǎn)，雖然具有較強(qiáng)的分揀能力，但是采用的物流設(shè)備都是以半機(jī)械化為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，沒(méi)有連續(xù)性[1]。現(xiàn)代的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)采用高效的自動(dòng)化設(shè)備，配有AGV小車(chē)和自動(dòng)上下料機(jī)器，具有節(jié)奏快和關(guān)系復(fù)雜的特點(diǎn)?；谏鲜隼滏溛锪髦悄芊謷到y(tǒng)存在的缺陷，提出基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

該系統(tǒng)的控制部分由AT89S52 微處理器和YL?236 單片機(jī)組成，控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了信息采集和存儲(chǔ)功能。系統(tǒng)硬件模塊主要有主機(jī)模塊、顯示模塊、指令模塊、重量信號(hào)采集模塊和冷鏈分揀裝置部分。采用C51語(yǔ)言編寫(xiě)每一模塊的驅(qū)動(dòng)程序以完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。為驗(yàn)證所提系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，設(shè)置對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)試系統(tǒng)性能。

1? 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)由主機(jī)模塊、顯示模塊、指令模塊、重量信號(hào)采集模塊和冷鏈分揀裝置部分等組成。

主機(jī)模塊為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)帶來(lái)便利條件，帶有串口通信電路和蜂鳴器電路，屬于報(bào)警電路的一部分。主機(jī)模塊的主控芯片選用由Atmel公司制造的AT89S52，該芯片有256 B RAM、2個(gè)數(shù)據(jù)指針、3個(gè)16位定時(shí)器，與其他工業(yè)80C51產(chǎn)品管腳兼容。在單芯片上，擁有8位CPU，在系統(tǒng)上可變成FLASH，能夠?yàn)榍度胧娇刂葡到y(tǒng)提供有效的解決方案[2]。主機(jī)模塊電路原理見(jiàn)圖1。

為提高系統(tǒng)性能，將AT89S52芯片調(diào)節(jié)成節(jié)點(diǎn)模式和空閑模式，當(dāng)CPU停止工作時(shí)，定時(shí)器也可以工作。當(dāng)CPU處于掉電保護(hù)模式時(shí)，振蕩器會(huì)被凍結(jié)，直至下一個(gè)硬件復(fù)位為止[3]。

顯示模塊設(shè)計(jì)選用TG12864液晶、1602液晶等顯示器件。液晶器件有段位式LCD和點(diǎn)陣式LCD兩種。本設(shè)計(jì)選用點(diǎn)陣式LCD實(shí)現(xiàn)屏幕滾動(dòng)和分區(qū)開(kāi)窗口等功能[4]。點(diǎn)陣式液晶模塊的顯示原理是控制LCD點(diǎn)陣中的點(diǎn)，按照一定的規(guī)律，將這些點(diǎn)陣組成漢字或者一幅圖形。顯示模塊電路連接原理如圖2所示。

指令模塊電路的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)適用于分揀方案設(shè)置。將指令模塊電路調(diào)節(jié)成5 V，將單片機(jī)I/O端口調(diào)節(jié)成-5 V，將I/O端口作為列線的輸入端。另外，每個(gè)按鍵都占有一個(gè)I/O口，在工作時(shí)不會(huì)影響其他I/O接口狀態(tài)[5]。指令模塊電路連接原理如圖3所示。

重量信號(hào)采集模塊將壓力傳感器的稱重信號(hào)調(diào)節(jié)成0～5 V送入主機(jī)端口，這樣可以保證每個(gè)按鍵都是相通的。重量信號(hào)采集模塊電路原理圖如圖4所示。

圖5中的PRI為低電平時(shí)，KAI上電，會(huì)將觸頭達(dá)到KAIA，使得直流電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)使輸出OUT在輸出高電平時(shí)，能夠?qū)㈦姌O轉(zhuǎn)盤(pán)移動(dòng)到開(kāi)槽處。閘門(mén)電機(jī)操作簡(jiǎn)單，只需要送入CPA脈沖，就能夠使電機(jī)運(yùn)動(dòng)起來(lái)[7]。脈沖信號(hào)CP是由單片機(jī)產(chǎn)生，占空比為0.3左右。若YL?236單片機(jī)輸出功率過(guò)大時(shí)，脈沖信號(hào)CP就會(huì)減弱，此時(shí)電極轉(zhuǎn)盤(pán)就會(huì)轉(zhuǎn)移到其他開(kāi)槽處，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)閘門(mén)電機(jī)。為了控制YL?236單片機(jī)輸出功率，采用步進(jìn)電機(jī)增強(qiáng)脈沖信號(hào)CP，這樣就可以驅(qū)動(dòng)閘門(mén)電機(jī)。

冷鏈分揀裝置由智能物料搬運(yùn)機(jī)構(gòu)支架和接供料機(jī)構(gòu)組成，若分揀物料超出最大行程，就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟自動(dòng)保護(hù)功能。在抓取物料的過(guò)程中，搬運(yùn)機(jī)構(gòu)會(huì)在系統(tǒng)程序的控制下，通過(guò)相關(guān)元器件有效配合完成物料抓取和搬運(yùn)[8?9]。

該裝置有5個(gè)開(kāi)關(guān)，分別為左限位、三工位、二工位、一工位和右限位開(kāi)關(guān)。這5個(gè)開(kāi)關(guān)是用于限制手爪行程范圍的。

2? 軟件功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件功能設(shè)計(jì)部分，采用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)分揀貨物。在分揀貨物上安裝電子標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)容為貨物相關(guān)信息[10]。每個(gè)貨物都要經(jīng)過(guò)射頻識(shí)別器讀取。實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

1） 控制中心會(huì)發(fā)出指令，用取貨裝置上的射頻識(shí)別器自動(dòng)識(shí)別所取貨物。當(dāng)貨物狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，電子標(biāo)簽的信息也會(huì)隨之更改[11]。

2） 貨物被堆垛機(jī)取下后，會(huì)被輸送到鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的出口。在出口處安裝射頻識(shí)別器，貨物信息會(huì)被第2次改變[12]。

3） 當(dāng)貨物繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)的入口處時(shí)，射頻識(shí)別器會(huì)被寫(xiě)入電子標(biāo)簽，這是第3次改變。當(dāng)貨物運(yùn)行到分揀道口，到達(dá)分揀道口后，會(huì)連接滾道。此時(shí)，無(wú)線射頻識(shí)別器會(huì)確定下一步動(dòng)作，將動(dòng)作指令輸入到電子標(biāo)簽內(nèi)，完成貨物信息第4次寫(xiě)入[13]。門(mén)禁處的無(wú)線射頻識(shí)別器會(huì)更新貨物信息，構(gòu)成出庫(kù)信息。

圖6為基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)流動(dòng)識(shí)別過(guò)程。

系統(tǒng)主要功能：

1） 控制功能，當(dāng)控制中心接收到控制指令后，會(huì)將指令寫(xiě)入到電子標(biāo)簽[14]。經(jīng)過(guò)射頻識(shí)別器更新后，會(huì)得到相應(yīng)的分揀指令，并發(fā)出控制動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)冷鏈物流智能化貨物分揀。

2） 跟蹤功能，跟蹤貨物流通過(guò)程。本次設(shè)計(jì)采用的電子標(biāo)簽適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，在處于相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境時(shí)，具有較好的抗干擾性和自適應(yīng)性[15]。

3? 實(shí)驗(yàn)分析

為驗(yàn)證提出的基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。按照本次設(shè)計(jì)功能的要求，在完成軟件和硬件的設(shè)計(jì)后，調(diào)試系統(tǒng)。測(cè)試系統(tǒng)在不同迭代次數(shù)下的分揀效果。圖7為硬件平臺(tái)搭建實(shí)物圖。

硬件平臺(tái)搭建后，調(diào)整硬件，將主機(jī)模塊置于1，串口通信開(kāi)關(guān)置于NO。再進(jìn)行軟件調(diào)試，先安裝Keil C51和Medwin軟件，編寫(xiě)調(diào)試各模塊驅(qū)動(dòng)程序子函數(shù)。按照?qǐng)D6的工作流程，調(diào)用相應(yīng)子函數(shù)，再運(yùn)用仿真器多次擦寫(xiě)調(diào)試。最后，利用ISP編寫(xiě)軟件，將編譯好的文件寫(xiě)入AT89S52 芯片。

將傳統(tǒng)系統(tǒng)和所提系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。測(cè)試同一批樣本數(shù)據(jù)的平均差值和分揀配貨率分布情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示。

由表1和表2可知，使用本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的平均偏差與實(shí)際要求指標(biāo)0.005 5更接近，分揀配貨率分布情況高于傳統(tǒng)系統(tǒng);分揀項(xiàng)目重復(fù)率要比傳統(tǒng)系統(tǒng)更小;分揀配貨項(xiàng)目小于2%的僅有1個(gè)，而大于30%的分揀配貨項(xiàng)目為0，說(shuō)明該系統(tǒng)具有較好的分揀效果。通過(guò)對(duì)比可知，所提系統(tǒng)性能更優(yōu)。

4? 結(jié)? 語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的冷鏈物流智能分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)。運(yùn)用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)冷鏈物流智能分揀。實(shí)驗(yàn)分別測(cè)試了傳統(tǒng)系統(tǒng)和所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的分揀效果，結(jié)果表明，所提系統(tǒng)的分揀效果更好。

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