基于RFID的便攜式倉庫管理終端設計-圖文

第34卷第7期應用科技Vol.34,№.72007年7月AppliedScienceandTechnologyJul.2007文章編號:1009-671X(200707-0014-05基于RFID的便攜式倉庫管理終端設計朱博,孫運強(中北大學信息與通信工程學院,山西太原030051摘要:RFID技術逐漸進入商業(yè)化應用,在物流管理中也有著日益重要的作用.該文簡要介紹了基于RFID的倉庫管理系統(tǒng),重點介紹了便攜式倉庫管理終端的硬件和軟件設計.本設計以RFID技術為重點,以倉庫管理為應用背景,結合無線局域網(wǎng)技術可以實現(xiàn)倉庫的智能化管理.關鍵詞:RFID(射頻識別;MFRC500;嵌入式;倉庫管理中圖分類號:TN409文獻標識碼:ADesignofportablewarehousemanagementterminalwithRFIDZHUBo,SUNYun2Qiang(SchoolofInformationandCommunicationEngineering,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,ChinaAbstract:TheRFIDtechnologygraduallyenterscommercialapplicationandplaysanincreasinglyimportantroleinthelogisticmanagement.ThisarticlebrieflyintroducesRFID-basedwarehousemanagementsystem.Thehardwareandsoftwaredesignofthemanagementsystem’sterminalisdiscussedemphatically.Thisproposeddesign,withRFIDtechniqueasakeypointandwarehousemanagementasapplicationbackground,implementstheintellectual2izedwarehousemanagementinconjunctionwithwirelessLANtechnology.Keywords:RFID;MFRC500;embeddedsystem;warehousemanagement收稿日期:2007-04-02.作者簡介:朱博(1982-,男,碩士研究生,主要研究方向:嵌入式智能信息系統(tǒng),E2mail:beyond907@163.com.倉庫管理是物流當中的一個重要環(huán)節(jié),也在企業(yè)的整個管理流程中起著非常重要的作用,如果不能保證及時準確的進貨、庫存控制和發(fā)貨,將會給企業(yè)帶來巨大損失,這不僅表現(xiàn)為企業(yè)各項管理費用的增加,而且會導致客戶服務質量難以得到保證,最終影響企業(yè)的市場競爭力.隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴大,倉庫管理的物資種類、數(shù)量在不斷增加,出入庫頻率劇增,倉庫管理作業(yè)也已十分復雜和多樣化,傳統(tǒng)的人工倉庫作業(yè)模式和數(shù)據(jù)采集方式已難以滿足倉庫管理的快速、準確要求,嚴重影響了企業(yè)的運行工作效率,成為制約企業(yè)發(fā)展的一大障礙.射頻識別技術的應用可以改善目前倉庫管理的現(xiàn)狀.射頻識別(RFID技術是利用無線射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術,與目前廣泛使用的條形碼技術相比擁有很大優(yōu)勢[1].在倉庫管理中,它具有信息獲取和信息錄入功能,通過自動獲取項目標識信息并且不使用鍵盤即可將數(shù)據(jù)實時輸入計算機、程序邏輯控制器或其他微處理器控制設備.1系統(tǒng)簡介文中介紹的便攜式倉庫管理終端是基于RFID的倉庫管理系統(tǒng)的一部分.基于RFID的倉庫管理系統(tǒng)是在現(xiàn)有倉庫管理中引入RFID技術,對倉庫到貨檢驗、入庫、出庫、調撥、移庫、庫存盤點等各個作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行自動化的數(shù)據(jù)采集,保證倉庫管理各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度和準確性,確保企業(yè)及時、準確地掌握庫存的真實數(shù)據(jù),合理保持和控制企業(yè)庫存.通過科學的編碼,還可方便地對物品的批次、保質期等進行管理.利用系統(tǒng)的庫位管理功能,更可以及時掌握所有庫存物資當前所在位置,有利于提高倉庫管理的工作效率.該系統(tǒng)的硬件組成包括:管理服務器、打印機、便攜式終端、無線設備和射頻標簽,該系統(tǒng)組成如圖1所示.圖1基于RFID的智能倉庫管理系統(tǒng)示意圖管理服務器運行倉庫管理軟件,負責倉庫信息數(shù)據(jù)庫的集中管理與維護,以及進貨計劃、出庫計劃的制定和指令下達,對庫存貨物進行查詢、盤庫,打印生成各種管理報表.本管理軟件是在WindowsXP系統(tǒng)中采用VB6.0開發(fā)的.便攜式終端具有接受作業(yè)指令、確認作業(yè)位置與作業(yè)貨物是否準確、返回作業(yè)實況等功能,可以通過基于IEEE802.11b協(xié)議的無線局域網(wǎng)與管理服務器進行數(shù)據(jù)的實時傳輸.例如,持便攜式終端的工作人員接受到管理服務器的入庫指令,可對要入庫的貨物進行掃描,讀取標簽上的貨物信息,然后掃描貨物所在的庫位標簽,將2者的對應信息實時傳輸?shù)焦芾矸掌?本系統(tǒng)采用IEEE802.11b無線局域網(wǎng),利用無線接入點、無線路由器等設備覆蓋整個倉庫作業(yè)區(qū),實現(xiàn)作業(yè)數(shù)據(jù)實時傳輸.每個便攜式終端相當于網(wǎng)絡中的一個節(jié)點,管理服務器作為中心結點.在物品入庫時,給每個庫存管理物品貼裝射頻標簽,該標簽為貨物標簽.貼放標簽的物品應該是整托盤、整箱或便于安裝標簽的大件物品.在進行庫房作業(yè)時,讀取標簽的編號,確定作業(yè)物品是否正確.為了節(jié)省運行成本,貨物標簽設計成可重復使用.在貨物出庫時取下,送到入庫處再重新使用.還需要給每一庫位貼裝射頻標簽,該標簽稱為庫位標簽.在進行庫房管理作業(yè)時,讀取該標簽編號就可判定當前作業(yè)的位置是否正確[2].2硬件設計2.1總體設計便攜式終端的硬件設計包括主控制部分和射頻部分.主控制部分采用ARM微控制器作為核心,用ST公司的STR710FZ2T6芯片來實現(xiàn),外部存儲器有512K×16的SRAM和1M×16的FLASH,使用USB主機接口接入無線網(wǎng)卡實現(xiàn)無線通信功能,同時還集成了RS232接口、鍵盤和LCD等功能.射頻部分使用NXP公司的MFRC500芯片,連接天線模塊,用來讀取射頻標簽的信息.系統(tǒng)的硬件總體設計如圖2所示.圖2硬件總體框圖2.2主控制部分設計主控制部分以STR710FZ2T6芯片為核心,外圍包括存儲器、USB接口、RS232接口、鍵盤和LCD等.STR710FZ2T6芯片基于ARM7TDMI核心,擁有豐富的外設和增強的I/O功能,片上集成有256+16K的FLASH和64K的RAM,滿足低功耗、高性能的嵌入式系統(tǒng)應用.該芯片擁有可以尋址4個存儲器段的外部存儲器接口(EMI,支持SRAM、FLASH和ROM等多種存儲器類型,同時支持多種啟動方式.系統(tǒng)及I/O接口采用3.3V電源供電,內核采用內嵌的1.8V電源穩(wěn)壓器供電.它使用0~16MHz的外部主晶振和32kHz的外部備用晶振,在內部FLASH中運行代碼時可以達到50MHz時鐘頻率,具有4種低功耗模式:SLOW、WFI、STOP和STANDBY.系統(tǒng)軟件要實現(xiàn)無線通信、射頻識別等功能需要較大存儲空間,STR710FZ2T6芯片內的64K?51?第7期朱博,等:基于RFID的便攜式倉庫管理終端設計RAM滿足不了要求,需要擴展一片SRAM,同時可以支持μCLinux操作系統(tǒng)的運行.SRAM采用ISSI公司512K×16的IS61LV51216,它通過STR710FZ2T6的nCS1信號選通.為了存儲固化的程序和數(shù)據(jù),需要擴展一片F(xiàn)LASH,可以通過JTAG接口從主機向里面下載程序.FLASH采用SST公司的SST39VF1601,大小為1M×16,通過STR710FZ2T6的nCS0信號選通.圖3ARM和存儲器電路為了便攜式終端能夠接入無線局域網(wǎng)和主機通信,設計中使用了現(xiàn)在技術比較成熟的USB接口無線網(wǎng)卡.STR710FZ2T6芯片上帶有USB設備接口,但是為了實現(xiàn)控制無線網(wǎng)卡需要USB主機接口,這就要用外接芯片SL811HS來實現(xiàn).SL811HS是CY2PRESS公司生產(chǎn)的、可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB控制芯片,內含USB主/從控制器,支持全速和低速數(shù)據(jù)傳輸,并能自動識別低速或全速設備.SL811HS所提供的接口遵從USB1.1標準,可與微處理器、微控制器、DSP相連,也可直接與ISA、PCMCIA及其他總線相連.內部有一個256字節(jié)的RAM,可用做控制寄存器或數(shù)據(jù)緩沖器.SL811HS的復位引腳是對芯片的狀態(tài)進行復位,包括了對芯片內部寄存器值的復位,實現(xiàn)該操作不需要讀寫接口芯片內部寄存器,只需向接口芯片的復位引腳輸入一個有效的復位脈沖即可.SL811HS可以使用12MHz和48MHz2種晶振,為了提高電路的穩(wěn)定性,這里使用了48MHz晶振.電路連接如圖4所示.圖4USB接口電路圖RS232接口使用了MAX3232芯片來實現(xiàn)電平裝換,它用來調試時和主機串口通信,也作為無線通信之外和管理服務器通信的備用;鍵盤用來操作出庫、入庫和移庫等各種任務的選擇;LCD用來顯示讀取到的射頻標簽上的信息,采用1602字符型LCD,因為STR710FZ2T6芯片沒有LCD驅動功能,電路設計中加入了SN74F04N和74LVC245來實現(xiàn)對LCD的驅動.?61?應用科技第34卷2.3射頻部分設計該部分包括射頻芯片和天線模塊,射頻芯片使用NXP公司的MFRC500,該芯片工作于13.56MHz,利用了先進的調制和解調概念,完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議,支持ISO14443A標準的所有層.內部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動近距離操作的天線,可達到100mm.MFRC500支持不同的微控制器接口,一個智能的自動檢測邏輯可以自動適應系統(tǒng)總線的8位并行接口,使用信號NCS進行片選.要使用獨立的地址和數(shù)據(jù)總線與微控制器相連,必須將ALE引腳置高.要使用復用的地址和數(shù)據(jù)總線與微控制器相連,必須將ALE引腳連接到微控制器的ALE引腳.這里使用了復用的地址和數(shù)據(jù)總線.STR710FZ2T6芯片的低8位數(shù)據(jù)總線連接MFRC500的8位并行接口,P2.12管腳連接MFRC500的NCS用來片選,CKOUT管腳連接MFRC500的ALE管腳用來完成地址鎖存功能.MFRC500的RSTPD引腳接高電平時復位內部電路,晶振停止工作,內部輸入管腳和外部電路隔離,在下降沿時觸發(fā)內部復位程序[3-4].整個天線系統(tǒng)包括3部分:射頻芯片上的接收電路、濾波和電阻轉換電路、天線線圈及其匹配電.MFRC500的天線接口使用了4個管腳:TX1、TX2、RX和VMID.為了驅動天線MFRC500通過TX1和TX2提供13.56MHz的能量載波.根據(jù)寄存器的設定對發(fā)送數(shù)據(jù)進行調制得到發(fā)送的信號.射頻標簽采用RF場的負載調制進行響應.天線接收的信號經(jīng)過天線匹配電路送到RX管腳.MFRC500的內部接收器對信號進行檢測和解調,可以按需要設置寄存器進行相應的處理.然后處理過的數(shù)據(jù)通過8位并行接口發(fā)送到微控制器,由它來負責進一步處理.VMID用來提供參考電壓.濾波和電阻轉換電路用來8位并行接口發(fā)送到微控制器,由它來負責進一步處理.VMID用來提供參考電壓.濾波和電阻轉換電路用來抑制高次諧波并優(yōu)化到讀卡器電路的功率傳輸.電路連接參見圖5所示.L1、L2、C56、C58為低通濾波器,用于濾除13.56MHz的3次和5次諧波分量.C57、C59則組成匹配電路.C55主要用于耦合卡負載調制信號,R19、R20為分壓器,VMID管腳的電壓可為Rx管腳提供一個參考電位.射頻芯片的工作距離主要由天線的大小及匹配電路的修正值所決定.天線本身是一個低電阻的器件,將天線線圈連接到MFRC500需要一個匹配電路.通過估算天線的等效電路和計算品質因子可以得出匹配電路的電容推薦值.為了提高天線性能,減小系統(tǒng)體積則單獨設計一塊PCB天線.圖5射頻部分電路4軟件設計3軟件設計軟件的總體結構如圖6所示.采用U2Boot軟件來開發(fā)系統(tǒng)的Bootloader,進行硬件初始化和引導操作系統(tǒng).STR710FZ2T6運行的所有軟件模塊都是基于μCLinux操作系統(tǒng)的.用戶接口模塊包括2部分,分別完成LCD顯示和掃描鍵盤輸入的功能.編寫USB設備驅動和射頻芯片驅動,分別完成控制無線?71?第7期朱博,等:基于RFID的便攜式倉庫管理終端設計網(wǎng)