基于RFID的便攜式倉(cāng)庫(kù)管理終端設(shè)計(jì)-圖文

第34卷第7期應(yīng)用科技Vol.34,№.72007年7月AppliedScienceandTechnologyJul.2007文章編號(hào):1009-671X(200707-0014-05基于RFID的便攜式倉(cāng)庫(kù)管理終端設(shè)計(jì)朱博,孫運(yùn)強(qiáng)(中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院,山西太原030051摘要:RFID技術(shù)逐漸進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用,在物流管理中也有著日益重要的作用.該文簡(jiǎn)要介紹了基于RFID的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng),重點(diǎn)介紹了便攜式倉(cāng)庫(kù)管理終端的硬件和軟件設(shè)計(jì).本設(shè)計(jì)以RFID技術(shù)為重點(diǎn),以倉(cāng)庫(kù)管理為應(yīng)用背景,結(jié)合無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的智能化管理.關(guān)鍵詞:RFID(射頻識(shí)別;MFRC500;嵌入式;倉(cāng)庫(kù)管理中圖分類號(hào):TN409文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jiǎn)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(cāng)庫(kù)管理是物流當(dāng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),也在企業(yè)的整個(gè)管理流程中起著非常重要的作用,如果不能保證及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)貨、庫(kù)存控制和發(fā)貨,將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大損失,這不僅表現(xiàn)為企業(yè)各項(xiàng)管理費(fèi)用的增加,而且會(huì)導(dǎo)致客戶服務(wù)質(zhì)量難以得到保證,最終影響企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力.隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,倉(cāng)庫(kù)管理的物資種類、數(shù)量在不斷增加,出入庫(kù)頻率劇增,倉(cāng)庫(kù)管理作業(yè)也已十分復(fù)雜和多樣化,傳統(tǒng)的人工倉(cāng)庫(kù)作業(yè)模式和數(shù)據(jù)采集方式已難以滿足倉(cāng)庫(kù)管理的快速、準(zhǔn)確要求,嚴(yán)重影響了企業(yè)的運(yùn)行工作效率,成為制約企業(yè)發(fā)展的一大障礙.射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用可以改善目前倉(cāng)庫(kù)管理的現(xiàn)狀.射頻識(shí)別(RFID技術(shù)是利用無(wú)線射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù),與目前廣泛使用的條形碼技術(shù)相比擁有很大優(yōu)勢(shì)[1].在倉(cāng)庫(kù)管理中,它具有信息獲取和信息錄入功能,通過(guò)自動(dòng)獲取項(xiàng)目標(biāo)識(shí)信息并且不使用鍵盤(pán)即可將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸入計(jì)算機(jī)、程序邏輯控制器或其他微處理器控制設(shè)備.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介文中介紹的便攜式倉(cāng)庫(kù)管理終端是基于RFID的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的一部分.基于RFID的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)是在現(xiàn)有倉(cāng)庫(kù)管理中引入RFID技術(shù),對(duì)倉(cāng)庫(kù)到貨檢驗(yàn)、入庫(kù)、出庫(kù)、調(diào)撥、移庫(kù)、庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)等各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集,保證倉(cāng)庫(kù)管理各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度和準(zhǔn)確性,確保企業(yè)及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握庫(kù)存的真實(shí)數(shù)據(jù),合理保持和控制企業(yè)庫(kù)存.通過(guò)科學(xué)的編碼,還可方便地對(duì)物品的批次、保質(zhì)期等進(jìn)行管理.利用系統(tǒng)的庫(kù)位管理功能,更可以及時(shí)掌握所有庫(kù)存物資當(dāng)前所在位置,有利于提高倉(cāng)庫(kù)管理的工作效率.該系統(tǒng)的硬件組成包括:管理服務(wù)器、打印機(jī)、便攜式終端、無(wú)線設(shè)備和射頻標(biāo)簽,該系統(tǒng)組成如圖1所示.圖1基于RFID的智能倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)示意圖管理服務(wù)器運(yùn)行倉(cāng)庫(kù)管理軟件,負(fù)責(zé)倉(cāng)庫(kù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的集中管理與維護(hù),以及進(jìn)貨計(jì)劃、出庫(kù)計(jì)劃的制定和指令下達(dá),對(duì)庫(kù)存貨物進(jìn)行查詢、盤(pán)庫(kù),打印生成各種管理報(bào)表.本管理軟件是在WindowsXP系統(tǒng)中采用VB6.0開(kāi)發(fā)的.便攜式終端具有接受作業(yè)指令、確認(rèn)作業(yè)位置與作業(yè)貨物是否準(zhǔn)確、返回作業(yè)實(shí)況等功能,可以通過(guò)基于IEEE802.11b協(xié)議的無(wú)線局域網(wǎng)與管理服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸.例如,持便攜式終端的工作人員接受到管理服務(wù)器的入庫(kù)指令,可對(duì)要入庫(kù)的貨物進(jìn)行掃描,讀取標(biāo)簽上的貨物信息,然后掃描貨物所在的庫(kù)位標(biāo)簽,將2者的對(duì)應(yīng)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦芾矸?wù)器.本系統(tǒng)采用IEEE802.11b無(wú)線局域網(wǎng),利用無(wú)線接入點(diǎn)、無(wú)線路由器等設(shè)備覆蓋整個(gè)倉(cāng)庫(kù)作業(yè)區(qū),實(shí)現(xiàn)作業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸.每個(gè)便攜式終端相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn),管理服務(wù)器作為中心結(jié)點(diǎn).在物品入庫(kù)時(shí),給每個(gè)庫(kù)存管理物品貼裝射頻標(biāo)簽,該標(biāo)簽為貨物標(biāo)簽.貼放標(biāo)簽的物品應(yīng)該是整托盤(pán)、整箱或便于安裝標(biāo)簽的大件物品.在進(jìn)行庫(kù)房作業(yè)時(shí),讀取標(biāo)簽的編號(hào),確定作業(yè)物品是否正確.為了節(jié)省運(yùn)行成本,貨物標(biāo)簽設(shè)計(jì)成可重復(fù)使用.在貨物出庫(kù)時(shí)取下,送到入庫(kù)處再重新使用.還需要給每一庫(kù)位貼裝射頻標(biāo)簽,該標(biāo)簽稱為庫(kù)位標(biāo)簽.在進(jìn)行庫(kù)房管理作業(yè)時(shí),讀取該標(biāo)簽編號(hào)就可判定當(dāng)前作業(yè)的位置是否正確[2].2硬件設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)便攜式終端的硬件設(shè)計(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn),外部存儲(chǔ)器有512K×16的SRAM和1M×16的FLASH,使用USB主機(jī)接口接入無(wú)線網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信功能,同時(shí)還集成了RS232接口、鍵盤(pán)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(lái)讀取射頻標(biāo)簽的信息.系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)如圖2所示.圖2硬件總體框圖2.2主控制部分設(shè)計(jì)主控制部分以STR710FZ2T6芯片為核心,外圍包括存儲(chǔ)器、USB接口、RS232接口、鍵盤(pán)和LCD等.STR710FZ2T6芯片基于ARM7TDMI核心,擁有豐富的外設(shè)和增強(qiáng)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(yīng)用.該芯片擁有可以尋址4個(gè)存儲(chǔ)器段的外部存儲(chǔ)器接口(EMI,支持SRAM、FLASH和ROM等多種存儲(chǔ)器類型,同時(shí)支持多種啟動(dòng)方式.系統(tǒng)及I/O接口采用3.3V電源供電,內(nèi)核采用內(nèi)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(nèi)部FLASH中運(yùn)行代碼時(shí)可以達(dá)到50MHz時(shí)鐘頻率,具有4種低功耗模式:SLOW、WFI、STOP和STANDBY.系統(tǒng)軟件要實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信、射頻識(shí)別等功能需要較大存儲(chǔ)空間,STR710FZ2T6芯片內(nèi)的64K?51?第7期朱博,等:基于RFID的便攜式倉(cāng)庫(kù)管理終端設(shè)計(jì)RAM滿足不了要求,需要擴(kuò)展一片SRAM,同時(shí)可以支持μCLinux操作系統(tǒng)的運(yùn)行.SRAM采用ISSI公司512K×16的IS61LV51216,它通過(guò)STR710FZ2T6的nCS1信號(hào)選通.為了存儲(chǔ)固化的程序和數(shù)據(jù),需要擴(kuò)展一片F(xiàn)LASH,可以通過(guò)JTAG接口從主機(jī)向里面下載程序.FLASH采用SST公司的SST39VF1601,大小為1M×16,通過(guò)STR710FZ2T6的nCS0信號(hào)選通.圖3ARM和存儲(chǔ)器電路為了便攜式終端能夠接入無(wú)線局域網(wǎng)和主機(jī)通信,設(shè)計(jì)中使用了現(xiàn)在技術(shù)比較成熟的USB接口無(wú)線網(wǎng)卡.STR710FZ2T6芯片上帶有USB設(shè)備接口,但是為了實(shí)現(xiàn)控制無(wú)線網(wǎng)卡需要USB主機(jī)接口,這就要用外接芯片SL811HS來(lái)實(shí)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(nèi)含USB主/從控制器,支持全速和低速數(shù)據(jù)傳輸,并能自動(dòng)識(shí)別低速或全速設(shè)備.SL811HS所提供的接口遵從USB1.1標(biāo)準(zhǔn),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(nèi)部有一個(gè)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(fù)位引腳是對(duì)芯片的狀態(tài)進(jìn)行復(fù)位,包括了對(duì)芯片內(nèi)部寄存器值的復(fù)位,實(shí)現(xiàn)該操作不需要讀寫(xiě)接口芯片內(nèi)部寄存器,只需向接口芯片的復(fù)位引腳輸入一個(gè)有效的復(fù)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(lái)實(shí)現(xiàn)電平裝換,它用來(lái)調(diào)試時(shí)和主機(jī)串口通信,也作為無(wú)線通信之外和管理服務(wù)器通信的備用;鍵盤(pán)用來(lái)操作出庫(kù)、入庫(kù)和移庫(kù)等各種任務(wù)的選擇;LCD用來(lái)顯示讀取到的射頻標(biāo)簽上的信息,采用1602字符型LCD,因?yàn)镾TR710FZ2T6芯片沒(méi)有LCD驅(qū)動(dòng)功能,電路設(shè)計(jì)中加入了SN74F04N和74LVC245來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD的驅(qū)動(dòng).?61?應(yīng)用科技第34卷2.3射頻部分設(shè)計(jì)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(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念,完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議,支持ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)的所有層.內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)近距離操作的天線,可達(dá)到100mm.MFRC500支持不同的微控制器接口,一個(gè)智能的自動(dòng)檢測(cè)邏輯可以自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)總線的8位并行接口,使用信號(hào)NCS進(jìn)行片選.要使用獨(dú)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(fù)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(fù)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(lái)片選,CKOUT管腳連接MFRC500的ALE管腳用來(lái)完成地址鎖存功能.MFRC500的RSTPD引腳接高電平時(shí)復(fù)位內(nèi)部電路,晶振停止工作,內(nèi)部輸入管腳和外部電路隔離,在下降沿時(shí)觸發(fā)內(nèi)部復(fù)位程序[3-4].整個(gè)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(zhuǎn)換電路、天線線圈及其匹配電.MFRC500的天線接口使用了4個(gè)管腳:TX1、TX2、RX和VMID.為了驅(qū)動(dòng)天線MFRC500通過(guò)TX1和TX2提供13.56MHz的能量載波.根據(jù)寄存器的設(shè)定對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到發(fā)送的信號(hào).射頻標(biāo)簽采用RF場(chǎng)的負(fù)載調(diào)制進(jìn)行響應(yīng).天線接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)天線匹配電路送到RX管腳.MFRC500的內(nèi)部接收器對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和解調(diào),可以按需要設(shè)置寄存器進(jìn)行相應(yīng)的處理.然后處理過(guò)的數(shù)據(jù)通過(guò)8位并行接口發(fā)送到微控制器,由它來(lái)負(fù)責(zé)進(jìn)一步處理.VMID用來(lái)提供參考電壓.濾波和電阻轉(zhuǎn)換電路用來(lái)8位并行接口發(fā)送到微控制器,由它來(lái)負(fù)責(zé)進(jìn)一步處理.VMID用來(lái)提供參考電壓.濾波和電阻轉(zhuǎn)換電路用來(lái)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(jiàn)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(fù)載調(diào)制信號(hào),R19、R20為分壓器,VMID管腳的電壓可為Rx管腳提供一個(gè)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(gè)低電阻的器件,將天線線圈連接到MFRC500需要一個(gè)匹配電路.通過(guò)估算天線的等效電路和計(jì)算品質(zhì)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(dú)設(shè)計(jì)一塊PCB天線.圖5射頻部分電路4軟件設(shè)計(jì)3軟件設(shè)計(jì)軟件的總體結(jié)構(gòu)如圖6所示.采用U2Boot軟件來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的Bootloader,進(jìn)行硬件初始化和引導(dǎo)操作系統(tǒng).STR710FZ2T6運(yùn)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(pán)輸入的功能.編寫(xiě)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)和射頻芯片驅(qū)動(dòng),分別完成控制無(wú)線?71?第7期朱博,等:基于RFID的便攜式倉(cāng)庫(kù)管理終端設(shè)計(jì)網(wǎng)