基于ZigBee与RFID的仓库货物智能管理系统设计

董洛含，刘丽华，逄瑞佳，孙思敏，毕兴海，易 茁

(辽宁科技学院 电气与信息工程学院，辽宁 本溪 117004)

随着我国物流管理的不断完善，仓库存储智能管理的需求也不断提高。针对我国仓储管理数据量大、数据操作频繁、信息内容复杂等问题[1]，文章介绍了基于ZigBee与RFID的仓库货物智能管理系统设计。此系统利用ZigBee组网技术、WIFI技术、RFID技术、传感器技术、数据库应用、物联网技术，实现了本项目开发的用户网站对货物信息收集、货物定位、仓储环境监测等功能并创建了一体化平台，实现了数据可视化。

1 系统设计方案

文章所设计的基于ZigBee与RFID的仓库货物智能管理系统是遵循物联网的三层设计结构而建立的。感知层利用传感器来实现货物定位以及环境监测功能；传输层考虑到传感器之间的通信，利用WIFI与ZigBee通信协议建立各硬件之间的联系；应用层设计网页与配套的APP来显示具体信息。

1.1 系统的模块设计

1.1.1 硬件模块

(1)处理器：仓库货物智能管理处理模组分为货物处理模组和中控模组，两种模组选用型号为NodeMcu和Arduino Nano的开发板作为处理器。Arduino Nano开发板主要负责电路连接，通过各种各样的传感器来感知环境；NodeMcu中控板主要负责处理信息并担任货架任务，当有货物进入仓库时，RFID读写器会读取货物的RFID标签并通过中控板向外发送。中控板有两种发送方式：一是通过中控板自带的ESP8266模块发送，二是通过ZigBee模块发送。将信息发送至中控模组后，中控模组负责将仓库信息发送至服务器并负责处理与用户的其他交互。

(2)供电：考虑系统的实际部署，系统采用220 V市电作为电源总输入。

(3)传感器：选用液位传感器和火焰传感器相连接作为感知仓库隐藏危险的传感器，当有火灾或水患时会给蜂鸣器发送信息，通过蜂鸣器报警；采用压力传感器感知货物入架和出架。

(4)网络搭建：下位机之间的通信方式为ZigBee无线通信，上位机与下位机通讯选择无线局域网通信方式。选用DL-20类的自组网ZigBee模块，该类模块无需手动配网，会自动寻找范围内对等网络节点，再进行无差别或一对一通信。系统总体功能如图1，系统总体架构如图2。

图1 系统总体功能设计图

图2 系统总体架构图

1.1.2 软件模块

手机端APP由基于Android系统的Kotlin语言编写，可以在最小为9.0的系统上正常运行。PC端由基于Python语言的可视化编写，基于跨平台技术，可在Linux的发行版系统及Windows 10系统上正常使用。包括查找定位、实时环境监测、大数据分析及智能交互等4部分组成。

(1)查找定位：基于ZigBee模块的无线通信模块收集信息，实现对货物的实时定位[2]。

仓库管理员在仓库智能存储管理系统上可以搜索想查找的货物，便于快速准确前往相应的货物摆放区，及时调取货物。

(2)实时环境监测：通过传感器实现特定环境下的环境监测[3]，实现仓库危险环境提示。

(3)大数据分析：软件界面可以实时更新货物存储信息以及用户信息，通过软件界面的操作可以实现货物的入库出库以及已知用户信息的管理，并对其做大数据分析(如图3、图4)。

图4 平台使用界面设计图

(4)智能交互：通过互联网和大数据的支持，将ZigBee与RFID技术相结合实现智能仓储。

1.1.3 软硬件通信设计

基于ZigBee模块间的通信协议，从而实现数据的无线传输。仓储管理系统端的ZigBee(从机)和后台服务器端连接的ZigBee(主机)，通过ZigBee的自组织网络，实现无线传输。

1.2 功能描述

1.2.1 主要功能

(1)利用传感器技术实现压力检测并进行实时货物入库监测。

(2)仓库管理员通过PC机端网页进行货物信息的管理，并可以通过APP端查看货物信息，每个货物通过系统分配一个编码，粘贴一个RFID软标识并内置一个压力传感器。若货物放置在货架上，RFID读写器会读取货物的RFID标签并通过中控板向外发送信息(如图5)。

图5 用户查看界面设计图

(3)采用ZigBee组网作为传感器同中控数组通讯的方式。

(4)制作网页时设定各货物区域的具体编码，方便查找货物所在位置。

(5)实时数据显示：制作网页分为手机APP端和PC管理端。两者都可以注册登录。仓库管理员通过APP和PC机实时展示仓库区域使用量、所在区域，存储情况等相关信息，图6为软件流程图。

图6 软件流程图

(6)大数据分析：企业仓库管理员根据货物基本信息、货物出入库时间及仓库空间使用率情况等数据进行分析，构建一体化平台，实现对仓库的自动化综合管理(如图7)。

图7 大数据一体化平台设计图

1.2.2 辅助功能

查找货物功能：仓库管理员在线注册APP，货物入库时通过RFID技术读取货物信息并录入系统，为了安全起见，货物只能在平台上查看信息，如果想要执行出库操作，需要再一次将软标识靠近RFID读写器，然后在数据库中找到相应信息，进行出库。

2 结语

根据仓库智能货物管理系统的特点，提出了基于ZigBee与RFID的仓库智能货物管理系统的设计方案，既提高了仓储信息的精度又实现了仓储管理的实时自动化。通过以上功能实现了货物进库、移库、出库、盘点等的自动化。