倉(cāng)儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)

引言

傳統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)管理，一般依賴于一個(gè)非自動(dòng)化的、以紙張文件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，完全由人工實(shí)施倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部的管理，因此倉(cāng)庫(kù)管理的效率極其低下?；诖?，本文利用目前主要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，全方位考慮倉(cāng)儲(chǔ)管理研究范圍，以技術(shù)集成和運(yùn)用范圍擴(kuò)展為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)智能物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。我們利用Linux操作系統(tǒng)，ZigBee和RFID技術(shù)搭建倉(cāng)庫(kù)智能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠增強(qiáng)庫(kù)房作業(yè)的準(zhǔn)確性和快捷性、減少整個(gè)倉(cāng)庫(kù)物資出入庫(kù)中由于管理不到位造成的非法出入庫(kù)、誤置、偷竊和庫(kù)存、出貨錯(cuò)誤等損失，并最大限度地減少儲(chǔ)存成本和保障了倉(cāng)庫(kù)物資的安全。

1終端總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)終端采用的Cortex-M0平臺(tái)終端整體方案如圖1所示。

圖1Cortex-M0終端整體方案

此平臺(tái)處理器是市場(chǎng)上現(xiàn)有的尺寸最小、能耗最低、最節(jié)能的ARM處理器［2］。該終端負(fù)責(zé)對(duì)當(dāng)前環(huán)境信息進(jìn)行采集，初步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包并通過(guò)無(wú)線通信設(shè)備ZigBee發(fā)送給S5PC100為核心的Cortex-A8端，Cortex-A8服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)二次處理后給M0終端發(fā)送指令并實(shí)時(shí)響應(yīng)各種操作。倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的相關(guān)信息主要包括溫濕度、光感度、三軸加速度、風(fēng)扇、蜂鳴器、LED燈、數(shù)碼管顯示、M0終端液晶屏顯示以及進(jìn)出庫(kù)的商品刷卡信息。

2終端硬件設(shè)計(jì)

2.1數(shù)據(jù)采集端硬件設(shè)計(jì)

該倉(cāng)儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)采集終端采用的是LPC11C14主控芯片，它是ARMCortex-M0系列低功耗、低成本的32位處理器。最高主頻可以工作到50MHz,片上內(nèi)部擁有32KBFLASH和8KB的RAM，并且內(nèi)置多個(gè)UART接口，分別用于RFID讀卡模塊連接和ZigBee的通信。無(wú)論在處理數(shù)據(jù)的速度上還是在功耗上，亦或是抗干擾能力上，它完全能夠勝任終端數(shù)據(jù)采集的重任。

RFID模塊采用CY-14443A系列射頻讀寫模塊，它是基于ISO14443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)專用芯片，采用0.6微米CMOSEEPROM工藝，支持ISO14443typeA協(xié)議，支持MIFARE標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。RFID讀卡模塊通過(guò)SPI接口與M0進(jìn)行連接，它的中斷引腳與M0的IO口相連，在主程序中,只要判斷該I。口的電平高低，即可判斷是否有卡，如果有卡,則進(jìn)行相應(yīng)的讀卡操作。

ZigBee無(wú)線通信模塊硬件設(shè)計(jì)

ZigBee是近年來(lái)發(fā)展迅速的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的近距離、低功耗、低成本、低復(fù)雜度的無(wú)線通信技術(shù)叫ZigBee協(xié)議基于IEEE802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)制定，包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、安全層等，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自維護(hù)功能［4'5］。我們?cè)诖瞬捎昧薢ICM2410無(wú)線通信模塊，它是集成CPU的單片ZigBee芯片，為ZigBee網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)高性能、低成本的射頻收發(fā)方案。

3終端軟件設(shè)計(jì)

3.1數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采集終端軟件流程如圖2所示。系統(tǒng)上電初始化M0終端上的各個(gè)設(shè)備包括系統(tǒng)定時(shí)器、GPIO口、SPI、UART、I2C等設(shè)備，然后配置系統(tǒng)滴答定時(shí)器，設(shè)置其終端為1ms，進(jìn)而設(shè)置中斷處理函數(shù)，精確到1s。最后將第一次采集的信息顯示在M0終端的液晶屏上。

主程序進(jìn)行輪詢判斷，在沒有外部中斷的情況下主要執(zhí)行環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和M0終端液晶屏的數(shù)據(jù)顯示，并將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給A8服務(wù)器。

當(dāng)有外部RFID刷卡時(shí)，其他數(shù)據(jù)正常采集，RFID中斷函數(shù)同時(shí)對(duì)磁卡數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和校驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性，并發(fā)送給A8服務(wù)器；

當(dāng)有ZigBee接收數(shù)據(jù)的中斷產(chǎn)生時(shí),其他數(shù)據(jù)正常采集,ZigBee接收數(shù)據(jù)的中斷處理函數(shù)接收A8服務(wù)器發(fā)送過(guò)來(lái)的指令，執(zhí)行不同的設(shè)備。

圖2數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)流程圖

ZigBee無(wú)線通信模塊軟件設(shè)計(jì)

3.2.1ZigBee路由算法

ZigBee路由算法的任務(wù)是在節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間建立路由，實(shí)現(xiàn)可靠地?cái)?shù)據(jù)傳遞。一個(gè)完整的ZigBee路由算法應(yīng)包括路由方式、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等內(nèi)容[7]。而ZigBee常見的路由算法有三種：AODVjr算法，Cluster-tree算法，Cluster-tree+AODVjr算法，而ZigBee網(wǎng)絡(luò)目前采用的是第三種算法。該算法結(jié)合Cluster-tree和AODVjr兩種路由算法的優(yōu)點(diǎn)，它把網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)細(xì)分為4類，分別是：Coordinator、RN+、RN-、RFD。其中Coordinator,RN+、RN-都是全功能節(jié)點(diǎn),但前兩者具有路由發(fā)現(xiàn)和消息轉(zhuǎn)發(fā)功能，在轉(zhuǎn)發(fā)消息時(shí)啟動(dòng)AODVjr算法主動(dòng)查找最佳路徑；RN-沒有路由發(fā)現(xiàn)功能，在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)啟動(dòng)Cluster-tree算法并通過(guò)自身的計(jì)算能力作出判斷，將消息轉(zhuǎn)發(fā)給父節(jié)點(diǎn)或者其中一個(gè)子節(jié)點(diǎn)；RFD是精簡(jiǎn)功能設(shè)備，只能充當(dāng)葉子節(jié)點(diǎn)，即只能將消息傳送給父節(jié)點(diǎn),請(qǐng)其轉(zhuǎn)發(fā)[6]。

ZigBee通尙模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)流程

本文設(shè)計(jì)的ZigBee無(wú)線通信模塊收發(fā)數(shù)據(jù)的主要流程有：初始化各個(gè)引腳和寄存器，對(duì)功能寄存器賦值，初始化SPI752等。其流程圖如圖3所示。

4結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端是倉(cāng)儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中極為重要的組成部分，極大地減少了倉(cāng)儲(chǔ)管理的難度，并且增強(qiáng)了管理系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和快捷性。本文設(shè)計(jì)了一種基于LPC11C14微控制器的采集終端，能夠?qū)崿F(xiàn)將溫濕度、光感度、三軸加速度、電壓信息以及進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)的刷卡信息通過(guò)ZigBee模塊發(fā)送到Cortex-A8控制端。該終端將RFID模塊和ZigBee模塊結(jié)合，構(gòu)成無(wú)線閱讀器終端，最大化地發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。既能完成倉(cāng)庫(kù)的貨物盤點(diǎn)又可以實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)管理的智能化。更能夠廣泛地應(yīng)用于智能家居、工業(yè)監(jiān)控、智能電網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，該倉(cāng)儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端必定有著廣闊的應(yīng)用前景.

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