閆文娟，王紅磊（南京機電職業(yè)技術(shù)學院 江蘇 南京　211135）

基于K60與CC2530的無線智能倉儲管理系統(tǒng)的研究

閆文娟，王紅磊
（南京機電職業(yè)技術(shù)學院 江蘇 南京211135）

為了提高倉儲管理系統(tǒng)的布線靈活度，提高倉儲管理效率，本文設(shè)計了一種以K60與CC2530為核心的高性能無線智能倉儲管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用ZigBee無線組網(wǎng)，集成了倉儲環(huán)境數(shù)據(jù)采集、分析、處理和門禁管理等功能。通過倉儲環(huán)境的實際應(yīng)用，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸和控制方面性能穩(wěn)定，降低了25％的人力成本，提高了30％的效率，達到了預期效果。

倉儲管理；ZigBee；RFID；K60

精準的倉儲管理能夠有效控制和降低流通與庫存成本，是企業(yè)保持優(yōu)勢的關(guān)鍵助力與保證。倉儲管理系統(tǒng)不僅要求對倉儲環(huán)境各項參數(shù)進行實時監(jiān)控，還要對倉儲的進出人員進行管理與監(jiān)控。

K60微處理器是基于 ARM Cortex-M4內(nèi)核的 32位MCU，其優(yōu)勢在于將Cortex-M系列處理器低功耗和良好的信號處理能力結(jié)合起來，因此十分適合作為倉儲系統(tǒng)的控制和信息處理單元。ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種自動組網(wǎng)的雙向無線通信技術(shù)，由于ZigBee具有近距離、低功耗、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大、兼容性和安全性高、實現(xiàn)成本低等特點，可以嵌入到各種設(shè)備中，成為目前最常用的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案。

本倉儲管理系統(tǒng)以飛思卡爾的K60微處理器為控制核心，采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集各傳感器及RFID射頻識別模塊的數(shù)據(jù)，提供了方便的人機交互界面和實時監(jiān)控報警功能，能夠準確高效地管理和監(jiān)控倉儲環(huán)境和進出人員信息。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由終端節(jié)點和主節(jié)點兩部分組成。終端節(jié)點包括溫濕度傳感模塊、煙霧傳感模塊、光照傳感模塊、超聲波測距模塊、控制電路模塊、振動傳感模塊、ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊、RFID射頻模塊。主節(jié)點包括K60核心板、觸摸彩屏、LED燈、ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊及外圍電路。兩節(jié)點之間采用ZigBee 2007協(xié)議進行無線數(shù)據(jù)通信。ZigBee網(wǎng)絡(luò)突破了傳統(tǒng)布線的種種限制，使各個節(jié)點在ZigBee通信范圍內(nèi)能夠靈活安放。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

終端節(jié)點能自行檢測倉儲環(huán)境中的溫濕度、煙霧、光照等參數(shù)，并能將采集、處理后的數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與主節(jié)點進行通信，主節(jié)點的ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊通過串口與K60核心板通信。

振動傳感模塊和RFID射頻識別模塊用于倉儲門禁系統(tǒng)，主要用于進出倉儲的人員管理，如果出現(xiàn)對振動條件要求苛刻的貨物，振動模塊也可用于檢測貨物的振動，RFID射頻模塊也可用于物品標簽信息的讀??；控制電路模塊包括驅(qū)動電路、數(shù)字或開關(guān)量控制、紅外遙控等電路，可以實現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的管理控制。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1終端節(jié)點

終端節(jié)點包括兩個子模塊：傳感器/RFID射頻識別模塊和ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊。傳感器/RFID射頻識別模塊嵌入了飛思卡爾的MKL04Z16VLC4微控制器，可以實現(xiàn)對傳感器采集數(shù)據(jù)的處理，使之轉(zhuǎn)換為便于ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊采用TI公司的CC2530單片機為主控芯片。CC2530是在2.4 GHz頻段推出的第二代支持 IEEE 802.15.4/ZigBee協(xié)議的片上系統(tǒng)芯片，其內(nèi)部集成了高性能RF收發(fā)器、工業(yè)標準增強型 8051 MCU內(nèi)核、256KB FlashROM和8 kB RAM。RFID射頻識別模塊采用NXP公司的MF RC522非接觸式讀寫卡芯片，是一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片。RFID射頻模塊的任務(wù)是檢測設(shè)別IC卡片，采用高頻（13.56 MHz，HF段）頻段，用于管理進出倉儲人員。終端傳感器節(jié)點電路框圖如圖2所示。RFID射頻識別模塊電路框圖如圖3所示。

圖2　終端節(jié)點電路框圖

圖3　RFID射頻識別模塊電路框圖

2.2主節(jié)點

主節(jié)點包括K60核心板、TFT觸摸屏、LED燈，OV7670圖像傳感器模塊和ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊。主節(jié)點電路框圖如圖4所示。K60芯片的集成度較高，配備豐富的模擬、通信、定時和控制外設(shè)，提供不同級別的CPU頻率，最高可達100 MHz，可以高速的對大量數(shù)據(jù)進行處理。選用TFT觸摸屏避免了繁瑣的按鍵設(shè)置，提供一種更加直觀的人機交互方式。LED燈配合蜂鳴器提供報警等功能。OV7670是數(shù)字圖像傳感器，具有體積小，工作電壓低等優(yōu)點，OV7670的VGA圖像刷新最高速為30幀/秒，使用時可以通過SCCB總線自由設(shè)置圖像的質(zhì)量、數(shù)據(jù)的格式和圖像信息傳輸方式。圖像傳感器模塊配合RFID模塊和振動傳感模塊采集圖像數(shù)據(jù)，便于更好管理進出倉儲空間人員和貨物。ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊主要負責ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建和提供終端節(jié)點和主節(jié)點的數(shù)據(jù)通信。

圖4　主節(jié)點電路框圖

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1軟件概述

軟件設(shè)計實現(xiàn)倉儲系統(tǒng)人機交互界面、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集報警回看和控制等功能。系統(tǒng)采用IAR軟件開發(fā)環(huán)境，利用模塊化結(jié)構(gòu)進行編程設(shè)計。軟件總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5　軟件結(jié)構(gòu)

3.2終端節(jié)點軟件設(shè)計

該模塊可實現(xiàn)供應(yīng)商分類管理，實現(xiàn)合格供方的審核與積極評價功能、自定義審核流程；支持管理供應(yīng)商資質(zhì)檔案管理（文檔或圖片形式），支持提取合格供方目錄；實現(xiàn)供應(yīng)商有效管控，物資采購采用合格供方提供供貨范圍內(nèi)的物料。

終端節(jié)點實現(xiàn)自動檢測倉儲環(huán)境各項參數(shù)，并把這些參數(shù)轉(zhuǎn)換后通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，另外終端節(jié)點也可以接收和執(zhí)行主節(jié)點發(fā)來的管理控制命令對相關(guān)設(shè)備進行管理控制，達到自動或手動監(jiān)控的目的。RFID射頻識別模塊用于識讀員工IC卡，進行門禁的管理。終端傳感器節(jié)點程序流程圖如圖6所示。RFID射頻識別模塊程序流程圖如圖7所示。

3.3主節(jié)點程序設(shè)計

主節(jié)點程序主要是實現(xiàn)接收各終端節(jié)點模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析、處理后形成相應(yīng)的控制命令，對設(shè)備進行管理、控制以及報警等功能，并提供人接交互界面。操作界面主要包括歡迎界面、主頁、監(jiān)測控制子界面、組網(wǎng)子界面、回看子界面、設(shè)置子界面，其中監(jiān)測控制子界面流程圖如圖8所示。

下面以“溫度測量界面”為例介紹系統(tǒng)控制過程，溫度傳感模塊節(jié)點每隔15分鐘（可調(diào)）將測量及處理后的溫度數(shù)據(jù)，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給K60，k60接收到溫度數(shù)據(jù)后在屏幕上繪制溫度變化折線圖，并與設(shè)置的溫度上限和下限進行比較。當溫度數(shù)據(jù)處于正常范圍內(nèi)，LED綠燈正常閃爍；當溫度數(shù)據(jù)超過上限時，LED紅燈快速閃爍；當溫度數(shù)據(jù)超過下限時，LED藍燈慢速閃速。“光強”，“煙霧”，“測距”測量過程與溫度測量過程相同。當系統(tǒng)進入RFID或振動測量界面后，在RFID模塊讀卡成功或者振動模塊檢測到振動后，k60主控芯片啟動圖像傳感器進行圖像采集，并將圖像保存至存儲卡。

圖6　終端傳感器節(jié)點程序流程圖

圖7　RFID模塊程序流程圖

4　結(jié)論

圖8　監(jiān)測控制子界面流程圖

本系統(tǒng)設(shè)計基于K60微處理器，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線組網(wǎng)，實現(xiàn)了對倉儲環(huán)境信息的無線檢測和相關(guān)設(shè)備的管理控制，同時系統(tǒng)集成了RFID模塊和圖像傳感器模塊，實現(xiàn)了倉儲的門禁系統(tǒng)管理和圖像的采集。該系統(tǒng)通過倉儲環(huán)境的實際應(yīng)用，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸和管理控制方面性能穩(wěn)定，不僅可以對倉儲環(huán)境各項參數(shù)進行實時監(jiān)控，同時也可以對倉儲的進出人員進行了有效的管理與監(jiān)控，降低了25％的人力成本和設(shè)備成本，提高了30％的管理效率，取得了良好地效果。本系統(tǒng)具有體積小、成本低、安裝簡單、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活、工作穩(wěn)定等優(yōu)點，有一定的實用性、靈活性、可擴展性和可操作性，也可以被廣泛地應(yīng)用于其他領(lǐng)域。

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Design of wireless intelligent warehouse management system based on K60 and CC2530

YAN Wen-juan，WANG Hong-lei
（Nanjing Technological College of Machinery and Electricity，Nanjing 211135，China）

In order to improve warehouse management system wiring flexibility and improve the efficiency of warehouse management，wireless intelligent warehouse management system is designed based on K60 and CC2530 in this paper，the system uses ZigBee wireless networking and integrates the functions of data acquisition，analysis，processing and access control of warehouse environment.Through the practical application of the storage environment，the system possess high-performance characteristic in data acquisition，network transmission and control system performance.System is applied to reduce labor cost of 25％，improve the efficiency of 30％.The experiment results are good.

warehouse management；ZigBee；RFID；K60

TN99

A

1674－6236（2016）07-0088-03

2015-06-15稿件編號：201506157

閆文娟（1977—），女，江蘇南京人，碩士研究生，講師。研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。