基于無線射頻識別技術的冷鏈物流智能分揀系統設計

張晏魁

摘? 要： 傳統的冷鏈物流智能分揀系統的分揀效果差，為了解決這一問題，提出基于無線射頻識別技術的冷鏈物流智能分揀系統設計。系統硬件包括主機裝置電路、顯示裝置電路、指令裝置電路、重量信號采集裝置電路和冷鏈分揀裝置電路設計。系統軟件，使用無線射頻識別技術實現冷鏈物流智能分揀。軟、硬件結合，完成基于無線射頻識別技術的冷鏈物流智能分揀系統的設計。最后，搭建實驗環境，再調試硬件、軟件和串口連接方式。完成實驗環境搭建后，分別測試兩個系統的分揀效果。實驗結果表明，基于無線射頻識別技術的冷鏈物流智能分揀系統的分揀效果更好，符合設計需求。

關鍵詞： 冷鏈物流; 智能分揀; 系統設計; 無線射頻識別技術; 電路設計; 系統測試

中圖分類號： TN921?34; TP84.2? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 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

當前有關冷鏈物流智能分揀系統的研究較少，常采用的系統有基于模型的冷鏈物流智能分揀系統和傳統的冷鏈物流智能分揀系統。這兩個系統都是由計算機將到達的貨物配送到指定地點，雖然具有較強的分揀能力，但是采用的物流設備都是以半機械化為主，勞動強度大，效率低，沒有連續性[1]。現代的冷鏈物流智能分揀系統采用高效的自動化設備，配有AGV小車和自動上下料機器，具有節奏快和關系復雜的特點。基于上述冷鏈物流智能分揀系統存在的缺陷，提出基于無線射頻識別技術的冷鏈物流智能分揀系統設計。

該系統的控制部分由AT89S52 微處理器和YL?236 單片機組成，控制平臺實現了信息采集和存儲功能。系統硬件模塊主要有主機模塊、顯示模塊、指令模塊、重量信號采集模塊和冷鏈分揀裝置部分。采用C51語言編寫每一模塊的驅動程序以完成系統的軟件設計。為驗證所提系統設計的合理性，設置對比實驗，測試系統性能。

1? 硬件結構設計

基于無線射頻識別技術的冷鏈物流智能分揀系統由主機模塊、顯示模塊、指令模塊、重量信號采集模塊和冷鏈分揀裝置部分等組成。

主機模塊為系統硬件設計帶來便利條件，帶有串口通信電路和蜂鳴器電路，屬于報警電路的一部分。主機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個數據指針、3個16位定時器，與其他工業80C51產品管腳兼容。在單芯片上，擁有8位CPU，在系統上可變成FLASH，能夠為嵌入式控制系統提供有效的解決方案[2]。主機模塊電路原理見圖1。

為提高系統性能，將AT89S52芯片調節成節點模式和空閑模式，當CPU停止工作時，定時器也可以工作。當CPU處于掉電保護模式時，振蕩器會被凍結，直至下一個硬件復位為止[3]。

顯示模塊設計選用TG12864液晶、1602液晶等顯示器件。液晶器件有段位式LCD和點陣式LCD兩種。本設計選用點陣式LCD實現屏幕滾動和分區開窗口等功能[4]。點陣式液晶模塊的顯示原理是控制LCD點陣中的點，按照一定的規律，將這些點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開關適用于分揀方案設置。將指令模塊電路調節成5 V，將單片機I/O端口調節成-5 V，將I/O端口作為列線的輸入端。另外，每個按鍵都占有一個I/O口，在工作時不會影響其他I/O接口狀態[5]。指令模塊電路連接原理如圖3所示。

重量信號采集模塊將壓力傳感器的稱重信號調節成0～5 V送入主機端口，這樣可以保證每個按鍵都是相通的。重量信號采集模塊電路原理圖如圖4所示。

圖5中的PRI為低電平時，KAI上電，會將觸頭達到KAIA，使得直流電動機停止運行。當電機轉動時，轉盤轉動使輸出OUT在輸出高電平時，能夠將電極轉盤移動到開槽處。閘門電機操作簡單，只需要送入CPA脈沖，就能夠使電機運動起來[7]。脈沖信號CP是由單片機產生，占空比為0.3左右。若YL?236單片機輸出功率過大時，脈沖信號CP就會減弱，此時電極轉盤就會轉移到其他開槽處，無法直接驅動閘門電機。為了控制YL?236單片機輸出功率，采用步進電機增強脈沖信號CP，這樣就可以驅動閘門電機。

冷鏈分揀裝置由智能物料搬運機構支架和接供料機構組成，若分揀物料超出最大行程，就會自動開啟自動保護功能。在抓取物料的過程中，搬運機構會在系統程序的控制下，通過相關元器件有效配合完成物料抓取和搬運[8?9]。

該裝置有5個開關，分別為左限位、三工位、二工位、一工位和右限位開關。這5個開關是用于限制手爪行程范圍的。

2? 軟件功能設計

系統的軟件功能設計部分，采用無線射頻識別技術分揀貨物。在分揀貨物上安裝電子標簽，標簽內容為貨物相關信息[10]。每個貨物都要經過射頻識別器讀取。實現過程如下：

1） 控制中心會發出指令，用取貨裝置上的射頻識別器自動識別所取貨物。當貨物狀態發生改變時，電子標簽的信息也會隨之更改[11]。

2） 貨物被堆垛機取下后，會被輸送到鏈式輸送機的出口。在出口處安裝射頻識別器，貨物信息會被第2次改變[12]。

3） 當貨物繼續運動到冷鏈物流智能分揀系統的入口處時，射頻識別器會被寫入電子標簽，這是第3次改變。當貨物運行到分揀道口，到達分揀道口后，會連接滾道。此時，無線射頻識別器會確定下一步動作，將動作指令輸入到電子標簽內，完成貨物信息第4次寫入[13]。門禁處的無線射頻識別器會更新貨物信息，構成出庫信息。

圖6為基于無線射頻識別技術的冷鏈物流智能分揀系統流動識別過程。

系統主要功能：

1） 控制功能，當控制中心接收到控制指令后，會將指令寫入到電子標簽[14]。經過射頻識別器更新后，會得到相應的分揀指令，并發出控制動作，實現冷鏈物流智能化貨物分揀。

2） 跟蹤功能，跟蹤貨物流通過程。本次設計采用的電子標簽適應環境能力強，在處于相對復雜的環境時，具有較好的抗干擾性和自適應性[15]。

3? 實驗分析

為驗證提出的基于無線射頻識別技術的冷鏈物流智能分揀系統設計的合理性，搭建實驗平臺。按照本次設計功能的要求，在完成軟件和硬件的設計后，調試系統。測試系統在不同迭代次數下的分揀效果。圖7為硬件平臺搭建實物圖。

硬件平臺搭建后，調整硬件，將主機模塊置于1，串口通信開關置于NO。再進行軟件調試，先安裝Keil C51和Medwin軟件，編寫調試各模塊驅動程序子函數。按照圖6的工作流程，調用相應子函數，再運用仿真器多次擦寫調試。最后，利用ISP編寫軟件，將編譯好的文件寫入AT89S52 芯片。

將傳統系統和所提系統進行對比實驗。測試同一批樣本數據的平均差值和分揀配貨率分布情況。實驗結果如表1、表2所示。

由表1和表2可知，使用本次設計系統的平均偏差與實際要求指標0.005 5更接近，分揀配貨率分布情況高于傳統系統;分揀項目重復率要比傳統系統更小;分揀配貨項目小于2%的僅有1個，而大于30%的分揀配貨項目為0，說明該系統具有較好的分揀效果。通過對比可知，所提系統性能更優。

4? 結? 語

針對傳統的冷鏈物流智能分揀系統存在的問題，提出無線射頻識別技術的冷鏈物流智能分揀系統設計。運用無線射頻識別技術，實現冷鏈物流智能分揀。實驗分別測試了傳統系統和所設計系統的分揀效果，結果表明，所提系統的分揀效果更好。

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