基于RFID傳感網絡的自動化立體倉庫管理的研究與分析

王恩博

(東北微電子研究所,遼寧沈陽 110032)

基于RFID傳感網絡的自動化立體倉庫管理的研究與分析

王恩博

(東北微電子研究所,遼寧沈陽 110032)

本文分析了立體倉庫的電子化應用場景,提出運用RFID技術對倉庫進行遠程管理,提高管理質量,降低管理成本。并進一步,結合傳感網絡技術,實現網絡數據的高效存儲。實踐證明,在大型倉庫管理的過程中有明顯效果。

立體倉庫 RFID 傳感網絡

1 自動化立體倉庫的電子化

自動化立體倉庫中的電氣與電子設備主要指檢測裝置、信息識別裝置、安全保護裝置、通訊設備、屏幕顯示、圖像監視等設備。

1.1 檢測裝置

為了實現對自動化立體倉庫中各種作業設備的控制,并保證系統安全可靠地運行,系統必須具有多種檢測手段能檢測各種物理參數和相應的化學參數。

在立體倉庫系統中,對貨物的外觀檢測及稱重、機械設備及貨物運行位置和方向的檢測、對設備運行狀態的檢測、對系統參數的檢測和對設備故障的檢測都是極為重要的。通過各種傳感器對這些檢測數據的判斷與處理,為系統決策提供最佳依據,使系統處于理想的工作狀態。

1.2 信息識別裝置

信息識別的作用在于完成對貨物名稱、類別、貨號、數量、等級、目的地、生產廠的識別。在自動化立體倉庫中,為了完成對物料信息的采集,通常采用條形碼、磁條、光學字符和射頻等識別技術。其中條形碼識別技術在自動化立體倉庫中應用最為普遍。

1.3 數據通信

自動化立體倉庫是一個復雜的自動化系統,它是由眾多的子系統組成。在自動化立體倉庫中,為了完成規定的任務,各系統之間、各設備之間要進行大量的信息交換。例如,自動化倉庫中監控系統與控制系統之間的通訊以及倉庫管理機通過廠級計算機與其它信息系統的通訊。數據通訊的傳輸媒介有電纜!紅外光!光纖和電磁波等。

2 RFID系統組成

RFID系統主要由三部分組成:讀寫器、射頻標簽和數據管理系統組成。RFID系統與相應的管理信息系統相連后,可以準確地跟蹤每一件運動中的物品,實時采集每一件物品的數據,加密后的數據傳輸過程中不容易被外界截獲,這種安全的數據存取通道,能夠為客戶企業帶來直接的經濟效益。

射頻標簽,作為目標對象的數據載體,能夠識別標識目標對象,跟蹤對象,采集對象信息。它主要由耦合元件和芯片組成,含有內置天線,用于在標簽和射讀寫器之間傳遞射頻信號進行雙向通信。射頻標簽中的天線接收到信號后,將被識別對象的信息儲存在一定容量的存儲器內,在惡劣的工作環境下,仍然可以對標簽中的數據信息進行讀、寫操作,保持數據信息的實時傳遞,維持對象目標信息的準確,在標簽和讀寫器通信時將編碼后的對象信息傳輸給讀寫器。

根據標簽獲取電能的不同方式,將射頻標簽分為主動式標簽和被動式標簽。主動式標簽也稱有源射頻標簽,即靠標簽內部的電池供電,主動發射射頻信號給讀寫器,由讀寫器讀取標簽中的信息,具有信號傳遞遠,傳輸時間短的優點,但是標簽使用年限有限制;被動式標簽也稱無源射頻標簽,標簽內沒有供電電池,工作能量由讀寫器發射的信號來提供。被動式標簽不能主動發射射頻信號,而是響應來自于讀寫器發射過來的信號,由讀寫器反復讀取標簽內容或者將信息寫入標簽,具有使用年限長,數據傳輸持續時間長和數據保存時間長等優點,但是缺點是讀寫器讀寫標簽的距離比主動式標簽的小。

3 傳感網絡

傳感器網絡是面向傳感器網絡的部署及應用開發構建的通用平臺。它包含一個支持多應用的運行環境和一系列標準化系統服務,如數據聚合、控制和管理策略以及自適應能量有效機制等。簡化傳感器網絡設計的復雜度,并解決傳感器網絡實現中的種種限制和挑戰問題。

無線傳感器網絡平臺的設計目標是實現一個基于異構無線傳感器網絡的開發管理平臺,可以基于無線傳感器網絡快速地開發和部署相關應用,而無需了解無線傳感器網絡底層的具體技術實現。無線傳感器為應用用戶提供統一的系統級視圖,并且屏蔽所有的底層復雜處理的操作。

TinyDB是建立在傳感器網絡操作系統TinyOS之上的一個數據查詢處理系統,用于從傳感器上提取信息。TinyDB并不依賴于NesC語言,而是在能量和硬件資源有限的情況下,采用類SQL接口從傳感器節點中提取感興趣的數據。查詢過程中,使用簡單的數據操作模式以顯示數據的類型和感興趣的傳感器節點集。TinyDB中維護著一張虛擬數據表(SEN-SORs),表中每列顯示了傳感器的類型和剩余能量等。此外,TinyDB中采用控制泛洪策略以傳送其查詢數據。

Mate中間件主要集中于解決或克服傳感器網絡的帶寬和能量限制問題,為傳感器網絡動態改變的網絡環境提供更好的交互和適應能力,使傳感器網絡具有更好的動態性和可行性,且更易于重新配置。Mate通過虛擬機為用戶提供一個接口,因此也支持異構網絡,同時提供傳感數據訪問功能。此外,它借鑒了Ad hoc網絡中路由協議機制,用以解決傳感器網絡的移動性問題。Mate可以看作是一個運行于TinyOS上的字節編碼解釋器,將編碼分段并封裝成24個字節長度的指令以便載入網絡,該方法尤其適用于那些程序比較大的應用。Mate主要包括虛擬機、網絡、裝載器、硬件設施及調度器等組件,采用同步模式以響應事件觸發,如分組傳送和超時等,在這過程中, Mate盡量避免消息緩沖和大容量存儲,同步模式使得應用層編程變得更為簡單。Mate的另外一個獨到功能是通過給封包加入一個版本號以實現實時的信息裝載和網絡更新。

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