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    基于32單片機的智能倉庫設計與實現

      信息來源:   發布時間:2021-11-24  點擊數:

    隨著科技的迅速發展,現代物流對物資的存儲、保管和運輸要求越發嚴格,公司對倉儲管理越發重視。當企業在提高生產效率,不斷擴大生產規模的同時,大量物資存放也將成為其避免不了的問題。對于物資存放問題較早的處理方法是通過紙質文件手寫記錄,效率十分低下[1,2,3]。而如今在物聯網時代,更加注重智能化,不僅僅是計算機代替人工操作,而是利用RFID射頻識別技術,在物資自動識別出入庫時更加便捷[4,5]。當系統運行時有物資出入庫,32單片機上的讀寫器接收信號通過Wi-Fi將數據傳入到云端,在電腦或手機端登錄Web,進入用Java編寫的界面,可以看出物資在什么時間被什么人取走或者歸還,同時數據庫Navicat for My SQL,可以實時提供查看物資的出入庫信息[4,5]。

    1 系統需求分析

    利用RFID技術對某電網公司倉庫改造,通過物聯網+互聯網技術建立智能化、無人化、數字化的電力倉庫信息系統[6,7]。對物品進出倉庫自動識別,和用32單片機搭載攝像頭對倉庫環境實時監控。系統軟件為操作管理人員提供查詢物資出入庫和照片信息,還可以遠程操控倉庫中的設備。當倉庫遇到一些突發情況,如倉庫中發生火災,通過煙霧傳感器感知到煙霧濃度提高到臨界水平,將會使用到GPRS的短信收發功能,提前設置好的手機號上面將會收到短信報警,同時蜂鳴器也會響。當遇到盜竊也可遠程控制蜂鳴器響,以起到警示作用,還可以遠程控制燈光的熄滅,達到節能作用。

    RFID有自己特有的編碼體系,不同于早期條形編碼只是簡單地對商品、貨物進行分類即可。對于電力設備而言種類多種多樣,如變壓器有規格型號和容量規格,對于這些電力設備,單單用條形碼不能準確描述出設備的信息。而需要利用最新一代電子編碼體系EPC,它是一個擁有高達96位二進制的編碼體系,如01代表高壓器、02代表電容器,0001代表50k VA額定容量,0002代表干式變壓器[8]。

    在控制界面處,將設備信息設成編碼存入電子標簽當中,貼在電力設備外面,可以重復使用??稍诮缑嫣幧煞治鰣蟊?,了解出工人何時在倉庫中借還電力設備情況。在很大程度上提高了電網公司的精細化管理,得到直觀的數據分析支持,避免了公司物資丟失,改善了各個部門的倉庫信息過于分散的情況。因為同級部門橫向交流信息少,設備的信息不能做到統一管理,從而帶來運營成本高,所以需要建立完善良好的用戶權限的管理系統[9]。為了避免越級獲取信息,造成信息的泄露,界面登錄需要賬號密碼,保證工作人員接觸到的數據都是在自己的權限范圍之內。

    2 系統設計及功能

    2.1 硬件設計及布置

    本系統的硬件主要是:32單片機、RC522射頻識別讀寫器、RFID天線、若干電子標簽、OV7725攝像頭、PC。系統通過搭載RFID讀寫器和攝像頭,利用Wi-Fi模塊完成物資和人員信息自動采集及傳輸到界面,為后臺程序各功能模塊實現自動識別物資屬性信息、準確記錄物資出入庫、輸出實時報表等智能管理功能提供硬件基礎和數據來源。

    MF RC 522是高度集成的非接觸式讀寫卡芯片,讀寫器支持ISO 14443A協議,它無需建立識別系統和特定目標之間的機械或光學機制即可識別特定目標,并通過無線電傳輸相關數據信息。其特性有:

    1)高度繼承的模擬電路,解調和編譯響應;

    2)支持ISO 14443A/MIFARE協議;

    3)支持ISO 14443 212kbit/s和424kbit/s的更高傳輸速率的通信;

    4)支持的主機接口:10Mbit/s的SPI接口,I2C接口,快速模式的速率為400kbit/s,高速模式的速率為3400kbit/s;

    5)64字節的發送和接收FIFO緩沖區。

    如圖1可知RFID模塊和32單片機采用的是SPI連接方式,所有的從機設備都是公用SCK、MOSI、MISO并聯到MCU上。每個從機都有自己的NSS連接到主機的引腳上,當SCK的每個時鐘和NSS保持低電平時,從機和主機進行通信,不同于IIC協議通過設備的地址來通信,SPI協議只需要確定從機的NSS為低電平。SPI協議中輸入輸出引腳都是通過移位寄存器DR,當RC522發送數據時通過DR將數據放入緩沖區中。其有兩種規定MSB先行和LSB先行,如果使用MSB先行為1則從讀寫器當中讀寫數據,為0寫入數據,位0設置為0,位6~1為地址。

    圖1 SPI時序圖

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    當我們編寫設備驅動的時候,確定好使用的通訊協議如SPI協議,每個設備都有自己對應的指令,通過接收各種指令就可以達到控制設備的作用。如表1所示,0x52是讀寫器喚醒所有卡的指令,因為是讀寫器向外面釋放射頻的信號,電子標簽受到電磁作用,會產生電流將卡片中的信息傳輸到讀寫器上??赡軙瑫r有多張電子標簽收到電磁信號,這時就要用到0x93防沖突命令。防沖突機制中,當多張ID卡收到信號,讀寫器就會讓卡片擁有自己的臨時號碼,然后再從1號開始呼叫命令,相同臨時號碼就可以將自己的編碼信息發送出去。

      

    表1 RFID命令集  下載原圖



    表1 RFID命令集

    表1 RFID命令集

    根據圖2所示,通過尋卡函數Pcd Requst()找到區域范圍類的電子標簽,防沖突后將獲取到的信息存入緩沖區中。S50卡具有保密性,需要三輪確認才可以進行通訊,首先要確定訪問哪個扇區,對其密碼進行驗證。0x60驗證A的密鑰、0x61為B的密鑰??刂平缑嬗薪壙?查詢模式、資產入庫模式、資產出庫模式,當點擊綁卡時,電力設備上面的S50卡在讀寫器射頻范圍內時,點擊資產查詢,填寫上設備名稱、數量、編號、類別,最下面一欄會自動出現S50卡的編號。點擊確認后就設置了卡的信息,當設備入庫出庫時就可以知道是什么電力設備。

    圖2 RFID流程圖

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    32單片機上搭載的是0V7725攝像頭,鏡頭是凸透鏡可旋轉改變焦距,因為STM32F1其具有經濟性沒有自帶外部的SRAM,需要額外搭配一個緩沖區FIFO儲存攝像頭拍下的數據。

    CPU通過SCCB總線配置OV7725攝像頭的參數,SCCB總線與IIC類似。從圖3可以看出來SIO_D的數據被采集只能發生在SIO_C低電平時。SCCB協議有向從機寫入數據的三步寫操作,1~7位寫入從機地址+W,然后寫入寄存器的8位地址。第三步寫入寄存器的8位數據。攝像頭會根據VGA時序輸出圖像數據,并且沒有SRAM需要FIFO緩沖區。WEN和HREF寄存器同時為高電位,使得WE寄存器的引腳為低電位,2個時鐘加上8位數據就可以發送一個像素點,一般分辨率為480*640個字節。

    圖3 時序圖

    圖3 時序圖  下載原圖


    視頻監控是倉儲管理的重要組成部分,工作人員從倉庫中取或還物資時都會拍照,當物資出現丟失、損壞時,可以調取SD卡中保留的照片,查看是某人何時取還什么物資,進行調查管理。攝像頭也可以是內部工作人員實時監控倉庫環境,如若發生火災、偷竊等等遠程打開蜂鳴器進行警示。

    2.2 系統軟件功能設計

    由32單片機上電后首先對系統定時器,通用輸入輸出引腳,異步收發傳感器,集成電路總線等硬件設備完成初始化操作。如圖4所示,完成硬件相關的初始化之后,主程序開始循環是否有中斷產生查看倉儲環境信息。通過溫濕度傳感器DHT11可以測量出倉儲環境中的溫度和濕度,在界面的空氣溫度監控和空氣濕度監控中看到實時變化折線圖,以防當倉儲設備遇到極寒或炎熱的天氣,對有些設備造成損害。當倉庫發生火災煙霧傳感器MQ-2會實時檢測到數據,當超過設定的數值時,倉儲中的蜂鳴器會自動響起起到警示作用,手機會收到報警信息。

    圖4 數據流程圖

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    讀寫器在一定區域里發送電磁波,當物資上的電子標簽進行刷卡時,會執行中斷處理函數,對信息進行解碼在CPU完成信息處理。當數據有效,則會通過無線傳輸模塊ESP8266將數據上傳至界面,如果無效則繼續輪詢刷卡。Wi-Fi接收函數收到界面發來的數據會產生中斷,判斷是否為指令。如果不是指令則單片機會根據收集的數據自動控制,若為指令操作,則會進入界面控制單片機關閉自動控制。當超過半分鐘時間服務器Tomcat給單片機的指令不能到達時,就判斷其行為異常重新設為單片機自動控制。

    3 系統特點及應用情況

    如圖5,是在Eclipse上用Java編寫的界面,將物資信息通過讀寫器輸入進電子標簽中,當物資進出庫時可以自動識別。通過Wi-Fi將數據上傳到云端顯示,電腦和手機可以打開云端進行查看,在資產分類上可以看出物資編號、名稱、分類、規格、型號、當前庫存和添加的時間。資產入庫和資產出庫可以看到資產名稱、數量和出入庫時間。在資產查詢中通過刷卡可以得到卡的信息,可以大幅減少前期手工錄入的工作時間。當物資出入庫的時候,攝像頭將會對人自動拍照,將照片上傳到云端。當物資出現損壞或者丟失可以通過查看時間、照片,確認是電網公司的員工身份。在報警裝置中可以設置倉庫環境溫濕度、煙霧的上限、下限和報警電話。

    圖5 控制界面

    圖5 控制界面  下載原圖


    4 結束語

    從實際應用效果來看,通過應用物聯網、攝像頭等技術,可實現對電廠物資進入庫、監控的智能化管理,形成整個智能倉儲統一、協調的運作。經實驗運行結果表明,該系統可以有效減少倉儲環節的人工工作量,切實提高電網倉庫的管理信息化和智能化程度,符合倉儲管理要求。

    標簽:



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