仓储物联网数据采集终端的设计

引言

传统的仓库管理，一般依赖于一个非自动化的、以纸张文件为基础的系统，完全由人工实施仓库内部的管理，因此仓库管理的效率极其低下。基于此，本文利用目前主要的物联网技术，全方位考虑仓储管理研究范围，以技术集成和运用范围扩展为出发点，设计智能物联网仓储管理系统。我们利用Linux操作系统，ZigBee和RFID技术搭建仓库智能管理系统，该系统能够增强库房作业的准确性和快捷性、减少整个仓库物资出入库中由于管理不到位造成的非法出入库、误置、偷窃和库存、出货错误等损失，并最大限度地减少储存成本和保障了仓库物资的安全。

1终端总体设计

本设计终端采用的Cortex-M0平台终端整体方案如图1所示。

图1Cortex-M0终端整体方案

此平台处理器是市场上现有的尺寸最小、能耗最低、最节能的ARM处理器［2］。该终端负责对当前环境信息进行采集，初步对数据进行处理打包并通过无线通信设备ZigBee发送给S5PC100为核心的Cortex-A8端，Cortex-A8服务器对数据二次处理后给M0终端发送指令并实时响应各种操作。仓库管理系统的相关信息主要包括温湿度、光感度、三轴加速度、风扇、蜂鸣器、LED灯、数码管显示、M0终端液晶屏显示以及进出库的商品刷卡信息。

2终端硬件设计

2.1数据采集端硬件设计

该仓储物联网采集终端采用的是LPC11C14主控芯片，它是ARMCortex-M0系列低功耗、低成本的32位处理器。最高主频可以工作到50MHz,片上内部拥有32KBFLASH和8KB的RAM，并且内置多个UART接口，分别用于RFID读卡模块连接和ZigBee的通信。无论在处理数据的速度上还是在功耗上，亦或是抗干扰能力上，它完全能够胜任终端数据采集的重任。

RFID模块采用CY-14443A系列射频读写模块，它是基于ISO14443标准的非接触卡读卡机专用芯片，采用0.6微米CMOSEEPROM工艺，支持ISO14443typeA协议，支持MIFARE标准的加密算法。RFID读卡模块通过SPI接口与M0进行连接，它的中断引脚与M0的IO口相连，在主程序中,只要判断该I。口的电平高低，即可判断是否有卡，如果有卡,则进行相应的读卡操作。

ZigBee无线通信模块硬件设计

ZigBee是近年来发展迅速的基于无线传感器网络的近距离、低功耗、低成本、低复杂度的无线通信技术叫ZigBee协议基于IEEE802.15.4无线标准制定，包括应用层、网络层、安全层等，可以实现网络的自组织和自维护功能［4'5］。我们在此采用了ZICM2410无线通信模块，它是集成CPU的单片ZigBee芯片，为ZigBee网络提供一个高性能、低成本的射频收发方案。

3终端软件设计

3.1数据采集终端软件设计

本系统采集终端软件流程如图2所示。系统上电初始化M0终端上的各个设备包括系统定时器、GPIO口、SPI、UART、I2C等设备，然后配置系统滴答定时器，设置其终端为1ms，进而设置中断处理函数，精确到1s。最后将第一次采集的信息显示在M0终端的液晶屏上。

主程序进行轮询判断，在没有外部中断的情况下主要执行环境数据的采集和M0终端液晶屏的数据显示，并将数据打包发送给A8服务器。

当有外部RFID刷卡时，其他数据正常采集，RFID中断函数同时对磁卡数据进行采集和校验数据有效性，并发送给A8服务器；

当有ZigBee接收数据的中断产生时,其他数据正常采集,ZigBee接收数据的中断处理函数接收A8服务器发送过来的指令，执行不同的设备。

图2数据采集终端软件设计流程图

ZigBee无线通信模块软件设计

3.2.1ZigBee路由算法

ZigBee路由算法的任务是在节点和节点之间建立路由，实现可靠地数据传递。一个完整的ZigBee路由算法应包括路由方式、路由发现和路由维护等内容[7]。而ZigBee常见的路由算法有三种：AODVjr算法，Cluster-tree算法，Cluster-tree+AODVjr算法，而ZigBee网络目前采用的是第三种算法。该算法结合Cluster-tree和AODVjr两种路由算法的优点，它把网络中的节点细分为4类，分别是：Coordinator、RN+、RN-、RFD。其中Coordinator,RN+、RN-都是全功能节点,但前两者具有路由发现和消息转发功能，在转发消息时启动AODVjr算法主动查找最佳路径；RN-没有路由发现功能，在转发数据时启动Cluster-tree算法并通过自身的计算能力作出判断，将消息转发给父节点或者其中一个子节点；RFD是精简功能设备，只能充当叶子节点，即只能将消息传送给父节点,请其转发[6]。

ZigBee通尙模块的收发数据流程

本文设计的ZigBee无线通信模块收发数据的主要流程有：初始化各个引脚和寄存器，对功能寄存器赋值，初始化SPI752等。其流程图如图3所示。

4结语

物联网数据采集终端是仓储物联网应用系统中极为重要的组成部分，极大地减少了仓储管理的难度，并且增强了管理系统的准确性和快捷性。本文设计了一种基于LPC11C14微控制器的采集终端，能够实现将温湿度、光感度、三轴加速度、电压信息以及进出仓库的刷卡信息通过ZigBee模块发送到Cortex-A8控制端。该终端将RFID模块和ZigBee模块结合，构成无线阅读器终端，最大化地发挥各自优势。既能完成仓库的货物盘点又可以实现仓库管理的智能化。更能够广泛地应用于智能家居、工业监控、智能电网、环境监测等物联网应用领域。随着物联网的发展，该仓储物联网数据采集终端必定有着广阔的应用前景.

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