龍炬泉

（深圳先隆電子實(shí)業(yè)有限公司，廣東深圳，518055）

0 引言

我國政府正大力提倡發(fā)展工業(yè)4.0，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和提升信息化水平。而我國大部分工廠的倉儲管理還是沿用傳統(tǒng)方式，信息化程度低，與發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距?，F(xiàn)代倉儲技術(shù)融合了電子技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等多種科技手段，朝著低功耗、智能化、高效率方向不斷進(jìn)步。智能貨架是現(xiàn)代倉儲技術(shù)的重要組成部分，它可以接入多種輸入輸出設(shè)備，例如稱重傳感器、攝像頭、掃描器等，這些設(shè)備賦予智能貨架多樣功能：自動上傳物料數(shù)據(jù)并在云服務(wù)器或者ERP系統(tǒng)存儲；能夠通過數(shù)據(jù)庫來對某一物料的存儲數(shù)量以及存儲位置進(jìn)行查詢；對缺貨、積壓等一些特定狀態(tài)進(jìn)行判斷和預(yù)警。智能貨架廣泛應(yīng)用能夠協(xié)助庫管員快速完成出庫、入庫流程，減少工作量，工作效率得到大幅提升。

1 國內(nèi)外研究狀況

根據(jù)原理劃分，目前國內(nèi)外智能貨架的結(jié)構(gòu)可以分成3種。第一種是基于RFID射頻識別技術(shù)的貨架，貨架上的每一件貨物都會貼有RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽上包含貨物的生產(chǎn)日期、貨物存儲的位置等信息。倉管員可以利用射頻閱讀器和標(biāo)簽進(jìn)行非接觸式通信，監(jiān)控貨物的數(shù)量和儲存期限。

第二種采用ESL（電子貨架標(biāo)簽）技術(shù)的倉儲貨架，相比于RFID技術(shù)，省去RFID紙質(zhì)標(biāo)簽，減少更換標(biāo)簽的工作量和紙張的使用量，節(jié)約環(huán)保。通過虛擬的標(biāo)簽和貨架之間進(jìn)行綁定，在更新數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)時，直接通過貨架本身攜帶的電子標(biāo)簽和管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)了貨架與管理系統(tǒng)的實(shí)時通信。

第三種智能貨架應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)功能由使用的傳感器類型所決定，常用于實(shí)現(xiàn)計(jì)件管理和產(chǎn)品質(zhì)量檢測等功能。以配置了稱重傳感器的智能貨架為例，它能夠?qū)崟r檢測貨架上貨物總重量，根據(jù)單件貨物的重量，自動統(tǒng)計(jì)數(shù)量，加快物料盤點(diǎn)效率。

本研究分析了現(xiàn)時基于傳感器檢測技術(shù)方案的一些亟待解決的問題，根據(jù)客戶倉儲管理需求定制，確立了重量稱量技術(shù)結(jié)合指紋識別技術(shù)的貨架稱重系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的匯總和傳遞，實(shí)現(xiàn)物料信息的自動統(tǒng)計(jì)，有效防止計(jì)件差錯，節(jié)省人工，提高工作效率和員工的滿意度，使整個流程實(shí)現(xiàn)自動化，數(shù)字化。幫助企業(yè)提升生產(chǎn)管理水平，形成完整的管理體系。

2 智能貨架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于本研究的貨架稱重系統(tǒng)應(yīng)用于倉儲產(chǎn)品信息統(tǒng)計(jì)，特別是需要對體積小且使用頻繁的零部件進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，RFID 技術(shù)和 ESL技術(shù)難以適用這種場合，最終選用傳感器稱重的方案來對放置在貨架上物品計(jì)算數(shù)量。另外區(qū)別于傳統(tǒng)手工記賬的入庫出庫方式，本方案采用指紋識別的方法來記錄操作人員工號和時間日期，提升工作效率的同時，減少紙張使用。為了適用不同的應(yīng)用場合，本文的貨架系統(tǒng)采用模塊式的設(shè)計(jì)，主要的控制電路、通信電路、主控芯片集成在一塊小板上，其他周邊模塊如指紋識別、稱重傳感器、顯示觸摸模塊可以根據(jù)貨架結(jié)構(gòu)擴(kuò)展接入，因此具有體積小、系統(tǒng)接入簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 貨架系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 稱重模塊

圖2 稱重模塊電路設(shè)計(jì)

稱重模塊和主控單元采用SPI(Serial Peripheral Interface)通信，SDO為數(shù)據(jù)輸出引腳；SDI為數(shù)據(jù)輸入引腳，SCLK為時鐘信號。SPI通信方式具有高速、同步、全雙工等優(yōu)點(diǎn)。

由于稱重傳感器本身具有非線性特性，以及受溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，使得稱重系統(tǒng)的輸入和實(shí)際重量存在較大的誤差，從而影響稱重系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，所以必須進(jìn)行誤差補(bǔ)償【1】。本研究使用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“萬能逼近特性”，以任意精度逼近誤差函數(shù)【2】，從而完成稱重傳感器蠕變誤差補(bǔ)償。由于本研究設(shè)計(jì)的稱重傳感器量程為50kg，C3級別，砝碼樣本選取1，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50kg；環(huán)境溫度選擇 0，5，10，25，30，35，40°C。確定輸入?yún)?shù)后，在高低溫試驗(yàn)箱中，待溫度條件穩(wěn)定后，分別加載不同的砝碼到貨架系統(tǒng)，采集其輸出重量信號。得到的數(shù)據(jù)分為測試樣本和訓(xùn)練樣本，在MATLAB軟件上進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，稱重模塊在經(jīng)過誤差補(bǔ)償后，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于補(bǔ)償前的誤差，蠕變特性得到整體提升，滿足使用要求。

2.2 指紋識別模塊

本研究的指紋識別模塊采用了一款高性能的光學(xué)指紋識別模塊ATK-AS608，模塊內(nèi)置 DSP 運(yùn)算單元，集成了指紋識別算法，能高效快速采集圖像并識別指紋特征。指紋識別模塊通過串口與主控單元通信。指紋模塊內(nèi)部設(shè)有圖像緩沖區(qū)ImageBuffer，用于存放從指紋傳感器讀入的圖像，另外設(shè)有兩個特征文件緩沖區(qū)CharBuffer，用于存放普通特征文件和模板特征文件。指紋識別模塊工作可分為指紋錄入和指紋匹配兩種。

指紋錄入：對倉管員工指紋進(jìn)行登記，每一指紋錄入2次，然后對指紋圖像提取特征，合成模板存儲到數(shù)據(jù)庫中。

指紋匹配：當(dāng)倉管員工需要進(jìn)行倉庫作業(yè)時，首先驗(yàn)證指紋，確認(rèn)員工身份。系統(tǒng)對輸入的指紋信息進(jìn)行搜索匹配，返回員工姓名及工號。

2.3 觸摸顯示模塊

本研究的智能貨架系統(tǒng)配有4.3寸觸摸顯示屏，作為人機(jī)交換終端，它承擔(dān)著信息錄入、物料規(guī)格展示、倉管作業(yè)等多種功能。所有的日常入庫、出庫、盤點(diǎn)操作均可以在上面完成，倉管員可以便捷地了解物料變化數(shù)量，減少人為出錯幾率。為了節(jié)約功耗，顯示屏在空閑時間處于黑屏待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到手指按到指紋識別模塊時，自動發(fā)送WAK高電平信號到主控單元激活屏幕。當(dāng)員工作業(yè)完成后，物料變化數(shù)量及時間信息即時傳輸?shù)皆贫朔?wù)器，數(shù)據(jù)庫同步更新。

3 結(jié)語

本文通過對基于指紋識別的智能貨架系統(tǒng)研究，為現(xiàn)代倉儲管理提供新的解決方案。傳感器的誤差補(bǔ)償算法能夠確保細(xì)小物料數(shù)量計(jì)量準(zhǔn)確，減少分發(fā)時出錯。而集成的指紋識別模塊可以簡化作業(yè)流程，提高工作效率，數(shù)據(jù)實(shí)時更新，提高企業(yè)生產(chǎn)的信息化程度。