物聯網倉儲系統設計研究

劉佳

摘 要：倉儲管理的特點是能夠充分利用倉儲資源有計劃、有組織地控制和協調倉儲管理的各個部分。文章設計出一個物聯網倉儲管理系統，它的原理是利用RFID技術對物品進行各種信息采集，如產品編號、存放位置等，通過相關代碼對物品進行自動識別后，再對物品進行入庫、出庫和揀取等一系列過程操作，從而達到智能化倉儲管理的目的。

關鍵詞：物聯網；倉儲管理；智能化

隨著經濟的發展和電商大軍的崛起，物聯網越來越廣泛地應用在物流、交通、家居和公共安全等領域。如今倉儲系統的管理不僅要求能夠減輕工作人員的工作量，還要求提高工作效率，所以可以利用物聯網技術來設計一個倉儲管理系統，來實現這一系列的功能。

物聯網指的是將無處不在的末端設備和設施，包括具備“內在智能”的傳感器、移動終端、工業系統、數控系統、家庭智能設施和視頻監控系統等，“外在使能”地如貼上RFID的各種資產、攜帶無線終端的個人與車輛等，“智能化物件或動物”或“智能塵埃”，通過各種通信設備無線或有線的，長距離或短距離通信網絡，實現互聯互通、應用大集成以及基于云計算的軟件即服務（Software-as-a-Service，SaaS）營運等模式。在內網、專網或互聯網環境下，采用適當的信息安全保障機制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持、領導桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服務功能，實現對“萬物”的“高效、節能、安全、環保”的“管、控、營”一體化[1]。

1 物聯網的需求分析

如今的倉儲作業和庫存管理以及運輸流轉作業已十分復雜化多樣化，僅靠人工記憶和錄入，不但費時費力而且容易出錯，給企業帶來巨大損失。在這個大背景下，物聯網倉儲管理系統針對倉庫的商品和單據，倉庫作業的記錄、核對和管理，增加了倉庫管理，提高了效率，減少了人工成本，提高了倉庫利用率，明顯增加了經濟效益。

2 總體方案設計

本文根據物聯網倉儲系統的具體要求和實現功能進行了具體的分析，最終確立了物聯網倉儲系統的整體組成。所設計的物聯網倉儲系統設計框如圖1所示。

該系統采用ARM芯片來控制整個系統，采用STM32，內嵌ARM Cortex-M3內核，具有高性能、低成本、低功耗的特點。片上集成多達512 KB的嵌入式Flash存儲器，64 KB以上的嵌入式SRAM，3種低功耗模式（休眠、停止、待機模式）。

RFID射頻模塊使用MF RC522讀卡器，MF RC522是一個以13.56 MHz運行的高集成非接觸式讀寫卡芯片，支持ISO14443A/ MIFARE，采用3.3 V電源電壓，具有體積小、電壓低、成本低的特點。

傳感器模塊采用DHT11數字濕度傳感器，DHT11是一款復合的溫濕度傳感器，它含有已經校準數字信號，并用其進行輸出。它有專門的數字模塊用來采集和傳感空氣中的溫濕度，以保證產品具有卓越的可靠性與長期的穩定性[2]。

顯示模塊采用LCD1602液晶顯示器，是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊[3]，其特點是低電壓、低功耗、硬件電路和程序設計都比較簡單。

3 系統硬件設計

3.1 STM32F103芯片

STM32F103xx增強型系列的核心采用了ARM 32位的Cortex?-M3CPU，它的工作頻率為72 MHz，高達90 DMips，1.25 DMips/MHz。存儲器采用的是從32 K字節至128 K字節閃存程序存儲器（從6 K字節至20 K字節SRAM，具有多重自舉功能）[4]，它采用2.0～3.6 V供電和I/O管腳進行供電，工作溫度﹣40°C～105 °C，這意味著STM32芯片的優點是功耗特別低，提高工作效率的同時也能有效地保護芯片不被燒壞。它還內嵌了4～16 MHz高速晶體振蕩器、經出廠調校的8 MHz的RC振蕩器、40 kHz的RC振蕩器、PLL供應CPU時鐘、使用外部32 kHz晶體的RTC振蕩器，這些振蕩器使得STM32具有豐富和強大的功能。

STM32F103xx有內置閃存器、內置SRAM、嵌套的向量式中斷控制器（NVIC）、外部中斷/事件控制器（EXTI）等多個控制器，這些控制器為STM32芯片提供了更多的功能和更穩定的特性。STM32F103芯片引腳如圖2所示。

3.2 MF RC522射頻卡

MF RC522是一種應用于13.56 MHz的非接觸式高集成度的讀寫芯片，數據是雙向傳輸的，速率為424 kbit/s。它采用了調制、解調的基本原理，能將手機信息全部集成到13.56 MHz下各種非接觸通信和協議中，此讀寫器支持ISO 14 443 A/MIFARE，通信距離可根據天線的長度和調諧達到50 mm。發送器部分在無其他電路的情況下可以驅動天線與ISO 14 443 A/MIFARE卡和應答機之間的通信。

MF RC522芯片與單片機之間的連接十分簡單，一般情況下我們采用的是串行外設接口通信（Serial Peripheral Interface，SPI）SPI通信，它是一種高速的、全雙工、四線同步雙向串行通信總線。SPI通信接口包括4種信號：MOSI（主設備數據輸出/從設備數據輸入）、MISO（主輸入/從輸出）、SCLK（主設備產生的時鐘信號）、SSEL（從設備片選使能信號）。MF RC522引腳連接如圖3所示。

單片機產生時鐘信號SCK，MF RC522讀寫器通過引腳MOSI將接收到的數據傳回單片機，經過處理后將數據從MISO傳給MF RC522，傳輸時，MOSI和MISO都是高位字節在前，低位字節在后。

3.3 DHT11濕度傳感器