智能仓储中货物精准定位系统的研究

2021-12-10 11:18| 发布者: www.daoteng56.com| 查看:

摘要: RFID技术能够快速确认物体的位置和详细信息,在收集多个信息点的过程中可能会造成信息浪费或者信息混淆。本文利用ZigBee技术的近距离、低功耗以及测位精确,且信号传输不受视距的影响,将RFID和Zig Bee相结合,设计出一种仓储定位追踪系统,实现货物快速、准确定位。 ...

1 技术现状

在现今的智能仓储管理中,如何进行精准定位,减小工作中不必要的干扰成为目前智能仓储发展中需要考虑的问题[1]。定位方法有基于非测距和测距两种技术形式,其中非测距技术的定位算法有质心算法、凸规划定位算法、分布式定位算法等;基于测距的定位是将AOA、TOA、TDOA、RSSI转换进行求解[2]。两类定位方法在应用过程中都无法做到完美,基于测距的定位精度高但无法实现同步,而且由于噪声的干扰和参考时间的不同,会使计算得到的判断与实际有着很大不同,无法达到设计的要求;而基于非测距的定位算法方便联通但是精度不达标。根据两种技术的优缺点,我们最终决定采用两种技术同时应用的方式取长补短,就可以做到既不需要再增加其他的辅助技术或者设施配件,又能达到高精度的标准,因此,基于Zig Bee结合RFID的定位研究便可达到这样的目的。

2 总体设计方案

该系统由上位机、网间连接器、参考节点、基站和射频标签等五个模块构成,这几个模块之间通过无线发射和接收的方式来传递信息的。上位机是可以直接发出操控命令的计算机,因此,它也是定位系统的核心[3],负责监督和操控系统信息的传输流程及信息去向;网间连接器是一个网络结合到另外一个网络的“关口”,网间连接器的作用是听从上位机发出的命令,等候其他的节点接入,接收其他节点反馈回来的信息,然后发送给上位机软件解决问题,在信息传输中起着关键作用;基站在定位的时候收到上位机发来的信号,以调制的形式转变为射频信号,经由天线时时的向外面放射射频信号;射频标签在接收基站传送过来的射频信号后,通过解调与解码的过程,将得到的数据发送给网间连接器;参考节点是一种不动的的、已知本身位置信息的节点,仅由一个Zig Bee模块构成,有能将本身的接收信号强度指示值和地址信息传给给盲节点的性能。

2.1 网间连接器。

网间连接器包含无线通讯模块与辅助功能模块,其最关键的部分是无线通讯模块,它担任联络基站、参考节点与射频标签等局部系统的作用,实现以无线信号的方式与这些部分进行实时通信。辅助功能模块则是起到辅助功能的作用,包含实现串口的定位通讯、显示状况、显示LCD以及进行辅助供电的作用。

2.2 基站。

RFID读写器与Zig Bee模块共同构成了基站。上位机传出命令,网间连接器以无线的形式触发ID信息然后发送给ZigBee模块,模块中的微控制芯片将得到的信息处理和编码后发送给天线,最后通过天线产生一个频率为125k Hz的发射信号。经由RX/TX能够实现两个模块之间数据信息的传递,同时也能够充任参考节点的角色,并将本身的地址信息与接收信号强度指示值传送到射频标签的盲节点中。

2.3 射频标签。

RFID Tag模块与Zig Bee模块合成了射频标签,二者经由串行外设接口的方法进行信息通信,根据基站发送过来的发射信号进行解调和解码,串行外设口给它分配相应的寄存器,Zig Bee模块中的匹配电路进行数据处理,将得到的信号经由天线反馈给网间连接器,最后反馈回上位机分析处理,和预设的ID信息进行比对即可知道射频标签的地址信息。通过无线的方式相互配合,最终能够实现在仓储中心中更精确的定位。

2.4 参考节点。

在此次设计中,参考节点不仅有单独存在的,也有Zig Bee模块充当的,包含无线通讯模块与辅助功能模块[4]。网间连接器传输过来信息的配置参数主要由无线通讯模块控制接收,搜集盲节点的接收信号强度指示值且能够计算它们的平均值,网间连接器再接收处理反馈回来的数据信息。供电、键盘与显示模块组成了辅助功能模块,相互协作使该部分能够正常接收和发送信息。

3 定位流程

该定位系统的基本原理是该系统内上位机、网间连接器、基站、参考节点和盲节点间的配合,首先由处于该机制内的上位机向网络连接器发出无线信号,经网络连接器发送到基站,由基站将带有本身的地址信息与接收信号强度指示值的信号发送到盲节点,盲节点在接收到定位信号后以广播的形式传输给参考节点,参考节点将数据进行分析整理后求其平均值,并在参考盲点完成时间间隔后反馈回去,盲节点在接收到数据后,根据其设定的定位公式计算出本身的定位信息,并传送到网间连接器,由网间连接器发送给上位机,即个人电脑,该过程完毕。

4 本系统设计优缺点

Zig Bee结合RFID技术使管理系统与物品之间进行远距离无线传输变成了现实,很大程度上减少了企业的管理成本,降低了错误率的发生。新系统的读写器和天线系统价格低廉;占地面积小;抗干扰能力强,不受外界干扰;系统工作的稳定性与可靠性好[5],信息传输速度快,定位准确;管理人员容易学习,加大了该系统的市场普及性,为仓储带来数字化管理模式的趋势。
两种技术相结合虽能够取长补短,但因技术不成熟的原因仍存在诸多问题,在读写距离方面体现的尤为突出,对于面积极大的仓库中心,单凭一套系统不能覆盖所有区域的定位跟踪,需划区域管理;其二,整套系统的工作灵敏度有待提高,应通过技术改善对体积大搬运困难的比如汽车、集装箱等物品的识别速度和传送速度;其三,数据占计算机的内存及更多应用的扩展仍是问题,今后还需通过技术的改进不断扩大存储空间、压缩每项数据所占内存,更好地实现智能仓储的管理,节省人力物力,提高效率。

结束语

本设计主要根据其实际的系统功能及硬件技术进行设计,考虑到RFID技术和Zigbee技术的各方面的优缺点[6],采用综合的方式实现技术在仓库中心的精确自主定位。该套设计方案的硬件设备要求低,定位精度高,大大降低了生产的成本,满足市场需求。