Aplikácia RFID systému ZigBee v logistike tretích strán

Tento článok využíva plochý sklad rastúcej logistickej spoločnosti tretej strany v Tianjin Binhai New Area ako aplikačné prostredie na vytvorenie Súboru inteligentných skladových riešení založených na koncepte internetu vecí a so škálovateľnou hodnotou. V systéme RFID inteligentného skladovania musí mať každý alebo niekoľko elektronických štítkov RFID svoju zodpovedajúcu čítačku/zapisovačku na snímanie informácií a každá skupina čítačiek kariet RFID si tiež potrebuje vymieňať údaje so serverom. V skladových prevádzkach však musí byť povrch vozovky na zdvíhanie vozidiel hladký, aby sa zabezpečila plynulá prevádzka, a skladový priestor je vysoký a má široké rozpätie, takže usporiadanie káblov je nepohodlné. Na dosiahnutie bezdrôtovej dátovej interakcie sa musia použiť bezdrôtové siete. Preto sa čoraz vyspelejšia technológia ZigBee používa na bezdrôtovú sieť čítačiek kariet RFID, aby sa dosiahla dynamická výmena údajov.

1 Ukážka sieťového riešenia ad hoc ZigBee

Na základe prevádzkových charakteristík logistických skladov tretích strán a skutočných požiadaviek na prenosovú vzdialenosť bolo po horizontálnom porovnaní viacerých metód bezdrôtového prenosu vybrané bezdrôtové ad hoc sieťové riešenie založené na technológii ZigBee. Sieť ZigBee ad hoc je vysoko spoľahlivá sieťová platforma bezdrôtového prenosu dát založená na bezdrôtovej komunikačnej technológii IEEE802.1 5.4 a zložená z až 65 535 modulov bezdrôtového prenosu dát. V rámci celej siete môže každý modul prenosu dát ZigBee medzi sebou komunikovať a vzdialenosť medzi uzlami sa dá plynule zväčšovať zo štandardných 75 m. Vyznačuje sa jednoduchým používaním, spoľahlivou prevádzkou a nízkou cenou.

V porovnaní s inými sieťovými metódami technológia ZigBee najskôr využíva metódu sieťovej komunikácie ad hoc. Každý uzol ZigBee môže pracovať samostatne. Akonáhle sa v uzle vyskytne problém, dáta sa môžu prenášať cez iné uzly a nové RFID sa môžu prenášať kedykoľvek a kdekoľvek. Keď sa čítačka pripojí k sieti, neovplyvní to používanie celej siete; ak sa použije technológia Wifi, zlyhanie AP spôsobí, že všetky čítačky RFID v oblasti pokrytia si nebudú môcť vymieňať dáta. Po druhé, zásobník protokolov ZigBee je jednoduchý a relatívne ľahko implementovateľný. Spustenie ZigBee vyžaduje systém Zdroj má približne 28 Kb, zatiaľ čo zásobník protokolu Bluetooth je pomerne zložitý a vyžaduje približne 250 Kb systémových prostriedkov. Okrem toho je ZigBee flexibilnejší ako Bluetooth a pomáha lepšie kontrolovať systémové náklady.

V skladových operáciách je podľa prevádzkového procesu potrebný veľký počet uzlov na prenos údajov a náklady na veľké množstvo komunikačných zariadení a náklady na komunikáciu pri prevádzke v sieti priamo ovplyvňujú náklady na systém; Technológia ZigBee nevygeneruje viac okrem počiatočných investičných nákladov. Poplatky za denné používanie. Aj keď prenosová rýchlosť ZigBee nie je vysoká (frekvenčné pásmo 2,4 GHz je len 250 Kb/s), vzhľadom na vlastnosti skladových operácií elektronický štítok na palete zapíše iba ID číslo nákladu a dĺžku bajtu. je zvyčajne do 32 B, takže nebude mať príliš veľký vplyv na prenosovú rýchlosť a spĺňa bežné pracovné podmienky. Okrem toho má ZigBee nízku spotrebu energie. V rovnakom prostredí napájania je nepretržitý pracovný čas Bluetooth a WIFI oveľa kratší ako ZigBee.

Protokoly súvisiace s RFID stanovujú iba komunikačné rozhrania, zatiaľ čo ZigBee má relatívne úplný komunikačný sieťový protokol. ZigBee si môže zvoliť frekvenčné pásmo 2,4 GHz ISM (globálne spoločné frekvenčné pásmo) v pracovnom frekvenčnom pásme, zatiaľ čo RFID môže pracovať v 915 MHz alebo iných frekvenčných pásmach. Obe Nerušte sa navzájom na komunikačnej frekvencii. Vzhľadom na to, že sklad je vnútorným prostredím a vzdialenosť medzi uzlami je relatívne malá, modul ZigBee môže počas prevádzky preniknúť cez prekážky určitej hrúbky, takže útlm signálu je zanedbateľný. Prostredníctvom samoorganizujúcich sa sieťových protokolov môžu zariadenia v sieti komunikovať priamo alebo nepriamo bezdrôtovo. Spoľahlivosť a frekvenčné využitie siete sú veľmi vysoké a ZigBee má relatívne kompletný režim bezpečnostnej autentifikácie.

V súhrne je najvhodnejšie zvoliť technológiu ZigBee ako sieť prenosu dát pre systém RFID v logistických inteligentných skladoch tretích strán.

2 Princípy a štruktúry sietí

Sieť ZigBee sa musí skladať z centrálneho koordinátora (Coordinator) a smerovača (Router). Každá sieť ZigBee vyžaduje a potrebuje iba jedného centrálneho koordinátora na vytvorenie siete. Keď sa uzol pripojí, pridelí adresy cskryté uzly; router je zodpovedný za odosielanie, prijímanie a preposielanie dát a nájdenie najvhodnejšej smerovacej cesty. Keď sa uzol pripojí, pri pripájaní sa uzlom pridelia adresy, takže sieť ZigBee môže vyžadovať viacero smerovačov. Keď sieť pozostáva z centrálneho koordinátora a N smerovačov, sieť je skutočnou sieťou MESH a všetky údaje odoslané každým uzlom sú automaticky smerované do cieľového uzla.

Aplikácia RFID systému založeného na ZigBee v logistických inteligentných skladoch tretích strán

Systém RFID založený na technológii samoorganizujúcej sa siete ZigBee využíva štruktúru siete MESH a pozostáva z hlavného riadiaceho uzla a niekoľkých poduzlov (počet poduzlov závisí od počtu čítačiek RFID v sklade), ako je znázornené na obrázku 1. Hlavný riadiaci uzol sa skladá zo servera a centrálneho koordinátora cez sériový port; sub-uzol sa skladá z čítačky kariet a smerovača cez sériový port. Sériový port vyberá režim obojsmernej komunikácie RS 232.

Po spustení všetkých zariadení ZigBee začne hlavný uzol budovať sieť ZigBee, pridá všetky poduzly do siete, priradí sieťové adresy každému poduzlu a uloží informácie do databázy. Keď čítačka kariet zhromaždí údaje na štítku, najskôr ich odošle do smerovača, ktorý je k nej pripojený. Smerovač potom odošle dáta tagov spolu s informáciami z čítačky kariet do hlavného riadiaceho uzla cez multi-hop ZigBee sieť na uloženie. Hlavný riadiaci uzol odošle čítačku do čítačky kariet. Príkaz na konfiguráciu parametrov sa odošle do čítačky prostredníctvom komunikácie so smerovačom a potom zariadenie s uzlovým umiestnením prejde do režimu úspory energie; keď hlavný riadiaci uzol vydá príkaz podriadenému uzlu, zariadenie lokalizačného uzla možno kedykoľvek prebudiť vyhľadaním siete adresy podriadeného uzla a potom odovzdať príkaz smerovaču cez multi-hop sieť podľa na sieťovú adresu a potom ju odovzdajte príslušnej čítačke kariet cez smerovač. Nakoniec smerovač odošle potvrdzovacie oznámenie o prijatí príkazu hlavnému uzlu.

3. Rozloženie sieťového hardvéru

Ak si vezmeme ako príklad plochý logistický sklad tretej strany, čítačky kariet sú nainštalované v každom nákladovom priestore a pri vstupe a výstupe zo skladu. Tovar vstupuje a opúšťa sklad s paletou. Elektronický štítok je nalepený na palete a na štítku je uložené ID číslo tovaru. Zariadenie ZigBee používané na vytváranie sietí je založené na čipe CC2530F256 spoločnosti TI, používa protokol ZigBee2007/PRO a obvod bol integrovaný do modulu ZigBee. Má všetky vlastnosti protokolu ZigBee. Výhodou použitia modulu je, že používatelia nemusia rozumieť zložitému protokolu ZigBee. Celé spracovanie protokolu ZigBee sa automaticky dokončí v module ZigBee a programy uzla sa zapíšu do modulu zabudovaným spôsobom. Užívateľ potrebuje iba prenášať dáta cez sériový port.

Medzi nimi modul ZigBee, čítačka kariet a server sledujú asynchrónny sériový obojsmerný komunikačný formát RS 232; všetky čítačky kariet RFID a ich indikačné signály sú pripojené k mikrokontroléru cez rozbočovacie zariadenie a sú jednotne riadené mikrokontrolérom. Čítačka kariet Je tiež pripojená k mikrokontroléru cez sériový port RS 232. Napájacie zdroje modulu ZigBee, čítačky kariet RFID a mikrokontroléra sú medzi 5 a 12 V s použitím štandardných úrovní TTL.

Server a hlavný riadiaci modul ZigBee sú inštalované vo všeobecnej expedičnej miestnosti skladu a slúžia na odosielanie a prijímanie pokynov a bežnú expedíciu skladových operácií; všetky čítačky kariet a zariadenia ZigBee sú nainštalované v skutočných skladových miestach a vstupoch a výstupoch zo skladov, aby sa stali jedným sieťovým uzlom. Všetky uzly sú zložené z RFID systému založeného na bezdrôtovom prenose ZigBee. Kontrolka stavu nákladného priestoru ovládaná mikrokontrolérom je inštalovaná nad nákladným priestorom, aby personálu pripomínala bežné skladové operácie; vizuálne rozhranie konvertované po spracovaní databázou sa na jednej strane zobrazí na hostiteľskom počítači v expedičnej miestnosti a na druhej strane sa zobrazí v sklade. Pre zamestnancov je k dispozícii veľká obrazovka na prehliadanie.

Aplikácia systému RFID (ZigBee) v logistike tretích strán

Keď sa počas skladových operácií vyskytnú iné pracovné postupy a núdzové situácie, ako je sčítanie zásob, presun tovaru do skladových priestorov, nesprávne umiestnený tovar alebo poškodené štítky atď., RFID čítačka prebudí smerovač ZigBee včas pomocou signálu snímaného v reálnom čase a potom prenáša informáciu v avčasným spôsobom. Odovzdáva sa centrálnemu koordinátorovi do backendovej databázy na správu úložiska. Takmer všetky procesy oslobodzujú pracovníkov od tradičných prevádzkových metód. Presný režim zberu informácií zlepšuje spoľahlivosť správy údajov systému a účinne predchádza ľudským chybám.

4 Záver

Po skutočnom testovaní prevádzky sú moduly ZigBee vo vnútornom prostredí od seba vzdialené asi 3 m a signál je dobrý. Za normálnych prevádzkových podmienok skladu je čas, ktorý server potrebuje na prijatie dátových paketov, približne 20 až 40 ms, čo zodpovedá bežným pracovným podmienkam.

Bežný sklad tretej strany s približne 500 nákladnými priestormi vyžaduje približne 500 modulov ZigBee. Jednotková cena modulov ZigBee na trhu je v podstate 40 až 60 RMB. Preto sa náklady na inštaláciu samoorganizujúceho sieťového systému ZigBee v sklade pohybujú medzi 20 000 a 30 000 juanov. Pre veľké a stredné skladové firmy je to cenovo výhodné. Pre niektoré malé skladové spoločnosti, ktoré si cenia zisky, je však stále ťažké okamžite zlepšiť svoje podnikanie. Ak teda nie je možné efektívne kontrolovať náklady, plán nebude možné zovšeobecniť. Podľa rôznych veľkostí podnikov a rôznych charakteristík skladu je možné počet modulov ZigBee vhodne znížiť počas implementácie skutočného riešenia. Napríklad niekoľko susedných čítačiek kariet RFID môže zdieľať modul ZigBee prostredníctvom rozbočovača, čím sa efektívne znižujú náklady. Následným problémom však je, že množstvo dát prenášaných každým modulom ZigBee naraz je veľmi obmedzené. Ak sa problém spôsobu sekvenčného prenosu údajov a intervalu prenosu nepodarí dobre vyriešiť, výrazne to ovplyvní rýchlosť odozvy a efektivitu práce systému. Verím však, že tieto problémy budú v blízkej budúcnosti vyriešené neustálym vývojom technológie ZigBee.