基于无线射频识别技术的冷链物流智能分拣系统设计

张晏魁

摘  要： 传统的冷链物流智能分拣系统的分拣效果差，为了解决这一问题，提出基于无线射频识别技术的冷链物流智能分拣系统设计。系统硬件包括主机装置电路、显示装置电路、指令装置电路、重量信号采集装置电路和冷链分拣装置电路设计。系统软件，使用无线射频识别技术实现冷链物流智能分拣。软、硬件结合，完成基于无线射频识别技术的冷链物流智能分拣系统的设计。最后，搭建实验环境，再调试硬件、软件和串口连接方式。完成实验环境搭建后，分别测试两个系统的分拣效果。实验结果表明，基于无线射频识别技术的冷链物流智能分拣系统的分拣效果更好，符合设计需求。

关键词： 冷链物流; 智能分拣; 系统设计; 无线射频识别技术; 电路设计; 系统测试

中图分类号： TN921?34; TP84.2                  文献标识码： A                     文章编号： 1004?373X（2020）20?0053?04

Design of cold?chain logistics intelligent sorting system based on RFID technology

ZHANG Yankui

（Hainan Tropical Ocean University， Sanya 572000， China）

Abstract：A design of cold?chain logistics intelligent sorting system based on RFID technology is proposed because the sorting effect of the traditional cold?chain logistics intelligent sorting system is bad. The hardware design of the system includes host module circuit， display module circuit， command module circuit， weight signal acquisition module circuit and cold?chain sorting device circuit. In the software of the system， the RFID technology is used to realize the intelligent sorting of cold?chain logistics. The design of cold?chain logistics intelligent sorting system based on RFID technology is completed by combining the software and hardware. After completing the establishment of the experimental environment， the connection mode of serial port of the hardware and software were debugged， and the sorting effects of the two systems were tested. The experimental results show that the cold?chain logistics intelligent sorting system based on RFID technology has better sorting effect and can meet the design requirements.

Keywords： cold?chain logistics; intelligent sorting; system design; RFID technology; circuit design; system testing

0  引  言

当前有关冷链物流智能分拣系统的研究较少，常采用的系统有基于模型的冷链物流智能分拣系统和传统的冷链物流智能分拣系统。这两个系统都是由计算机将到达的货物配送到指定地点，虽然具有较强的分拣能力，但是采用的物流设备都是以半机械化为主，劳动强度大，效率低，没有连续性[1]。现代的冷链物流智能分拣系统采用高效的自动化设备，配有AGV小车和自动上下料机器，具有节奏快和关系复杂的特点。基于上述冷链物流智能分拣系统存在的缺陷，提出基于无线射频识别技术的冷链物流智能分拣系统设计。

该系统的控制部分由AT89S52 微处理器和YL?236 单片机组成，控制平台实现了信息采集和存储功能。系统硬件模块主要有主机模块、显示模块、指令模块、重量信号采集模块和冷链分拣装置部分。采用C51语言编写每一模块的驱动程序以完成系统的软件设计。为验证所提系统设计的合理性，设置对比实验，测试系统性能。

1  硬件结构设计

基于无线射频识别技术的冷链物流智能分拣系统由主机模块、显示模块、指令模块、重量信号采集模块和冷链分拣装置部分等组成。

主机模块为系统硬件设计带来便利条件，带有串口通信电路和蜂鸣器电路，属于报警电路的一部分。主机模块的主控芯片选用由Atmel公司制造的AT89S52，该芯片有256 B RAM、2个数据指针、3个16位定时器，与其他工业80C51产品管脚兼容。在单芯片上，拥有8位CPU，在系统上可变成FLASH，能够为嵌入式控制系统提供有效的解决方案[2]。主机模块电路原理见图1。

为提高系统性能，将AT89S52芯片调节成节点模式和空闲模式，当CPU停止工作时，定时器也可以工作。当CPU处于掉电保护模式时，振荡器会被冻结，直至下一个硬件复位为止[3]。

显示模块设计选用TG12864液晶、1602液晶等显示器件。液晶器件有段位式LCD和点阵式LCD两种。本设计选用点阵式LCD实现屏幕滚动和分区开窗口等功能[4]。点阵式液晶模块的显示原理是控制LCD点阵中的点，按照一定的规律，将这些点阵组成汉字或者一幅图形。显示模块电路连接原理如图2所示。

指令模块电路的拨动开关适用于分拣方案设置。将指令模块电路调节成5 V，将单片机I/O端口调节成-5 V，将I/O端口作为列线的输入端。另外，每个按键都占有一个I/O口，在工作时不会影响其他I/O接口状态[5]。指令模块电路连接原理如图3所示。

重量信号采集模块将压力传感器的称重信号调节成0～5 V送入主机端口，这样可以保证每个按键都是相通的。重量信号采集模块电路原理图如图4所示。

图5中的PRI为低电平时，KAI上电，会将触头达到KAIA，使得直流电动机停止运行。当电机转动时，转盘转动使输出OUT在输出高电平时，能够将电极转盘移动到开槽处。闸门电机操作简单，只需要送入CPA脉冲，就能够使电机运动起来[7]。脉冲信号CP是由单片机产生，占空比为0.3左右。若YL?236单片机输出功率过大时，脉冲信号CP就会减弱，此时电极转盘就会转移到其他开槽处，无法直接驱动闸门电机。为了控制YL?236单片机输出功率，采用步进电机增强脉冲信号CP，这样就可以驱动闸门电机。

冷链分拣装置由智能物料搬运机构支架和接供料机构组成，若分拣物料超出最大行程，就会自动开启自动保护功能。在抓取物料的过程中，搬运机构会在系统程序的控制下，通过相关元器件有效配合完成物料抓取和搬运[8?9]。

该装置有5个开关，分别为左限位、三工位、二工位、一工位和右限位开关。这5个开关是用于限制手爪行程范围的。

2  软件功能设计

系统的软件功能设计部分，采用无线射频识别技术分拣货物。在分拣货物上安装电子标签，标签内容为货物相关信息[10]。每个货物都要经过射频识别器读取。实现过程如下：

1） 控制中心会发出指令，用取货装置上的射频识别器自动识别所取货物。当货物状态发生改变时，电子标签的信息也会随之更改[11]。

2） 货物被堆垛机取下后，会被输送到链式输送机的出口。在出口处安装射频识别器，货物信息会被第2次改变[12]。

3） 当货物继续运动到冷链物流智能分拣系统的入口处时，射频识别器会被写入电子标签，这是第3次改变。当货物运行到分拣道口，到达分拣道口后，会连接滚道。此时，无线射频识别器会确定下一步动作，将动作指令输入到电子标签内，完成货物信息第4次写入[13]。门禁处的无线射频识别器会更新货物信息，构成出库信息。

图6为基于无线射频识别技术的冷链物流智能分拣系统流动识别过程。

系统主要功能：

1） 控制功能，当控制中心接收到控制指令后，会将指令写入到电子标签[14]。经过射频识别器更新后，会得到相应的分拣指令，并发出控制动作，实现冷链物流智能化貨物分拣。

2） 跟踪功能，跟踪货物流通过程。本次设计采用的电子标签适应环境能力强，在处于相对复杂的环境时，具有较好的抗干扰性和自适应性[15]。

3  实验分析

为验证提出的基于无线射频识别技术的冷链物流智能分拣系统设计的合理性，搭建实验平台。按照本次设计功能的要求，在完成软件和硬件的设计后，调试系统。测试系统在不同迭代次数下的分拣效果。图7为硬件平台搭建实物图。

硬件平台搭建后，调整硬件，将主机模块置于1，串口通信开关置于NO。再进行软件调试，先安装Keil C51和Medwin软件，编写调试各模块驱动程序子函数。按照图6的工作流程，调用相应子函数，再运用仿真器多次擦写调试。最后，利用ISP编写软件，将编译好的文件写入AT89S52 芯片。

将传统系统和所提系统进行对比实验。测试同一批样本数据的平均差值和分拣配货率分布情况。实验结果如表1、表2所示。

由表1和表2可知，使用本次设计系统的平均偏差与实际要求指标0.005 5更接近，分拣配货率分布情况高于传统系统;分拣项目重复率要比传统系统更小;分拣配货项目小于2%的仅有1个，而大于30%的分拣配货项目为0，说明该系统具有较好的分拣效果。通过对比可知，所提系统性能更优。

4  结  语

针对传统的冷链物流智能分拣系统存在的问题，提出无线射频识别技术的冷链物流智能分拣系统设计。运用无线射频识别技术，实现冷链物流智能分拣。实验分别测试了传统系统和所设计系统的分拣效果，结果表明，所提系统的分拣效果更好。

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