摘要：倉庫貨物種類繁多，貨物進(jìn)出頻繁，傳統(tǒng)管理方式效率低下，存在條碼易復(fù)制、易損壞、人工成本高、貨物難找等情況。文中系統(tǒng)采用無源RFID技術(shù)，將貨物箱貼上無源RFID標(biāo)簽，在倉庫關(guān)鍵卡口設(shè)置無源RFID閱讀器，實(shí)時(shí)讀取經(jīng)過的貨物，以提高管理效率。閱讀器讀取到的數(shù)據(jù)通過LoRa節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，完成整個(gè)倉庫的貨物進(jìn)出管理。文中設(shè)計(jì)了無源RFID讀寫器和LoRa自組網(wǎng)系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)倉庫占地面積和貨物類型進(jìn)行閱讀器和LoRa設(shè)備的配置。該方案大大提高了倉庫貨物管理效率，是智慧倉儲(chǔ)的典型應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：LoRa;RFID;無源閱讀器;智慧倉儲(chǔ)

　　0引言

　　如今各類倉庫貨物通常采用傳統(tǒng)的二維碼或者條形碼形式，當(dāng)貨物進(jìn)出時(shí)采用掃描方式管理，或者采用手動(dòng)盤點(diǎn)方式操作，不僅工作量大，還易出錯(cuò)，且當(dāng)管理人員不清楚貨物的具體位置時(shí)，需要人工查找貨物位置。因此存在管理效率低下，貨物查找困難等缺點(diǎn)。本文采用無源RFID標(biāo)簽管理貨物，并采用基于LoRa調(diào)制的無線傳輸技術(shù)組網(wǎng)，進(jìn)行全倉庫的貨物管理，可極大降低人工成本，提高倉庫貨物管理效率。LoRa是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸方案，該傳輸方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，提供了一種簡單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)。

　　1整體設(shè)計(jì)

　　貨物箱體貼上無源RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)容對(duì)應(yīng)貨物內(nèi)容和特征，按照一定規(guī)則寫入。在貨架或者通道的卡口位置安裝標(biāo)簽閱讀器，進(jìn)行實(shí)時(shí)盤點(diǎn)。閱讀器與LoRa節(jié)點(diǎn)直接連接，閱讀器通過LoRa節(jié)點(diǎn)將讀取到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給LoRa網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)和后臺(tái)管理系統(tǒng)通信。當(dāng)貨物進(jìn)出時(shí)，閱讀器將自動(dòng)盤點(diǎn)貨物標(biāo)簽內(nèi)容，并記錄在系統(tǒng)中，由管理人員管理。

　　LoRa節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)采用自組網(wǎng)方式連接，多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯聚到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)與NS服務(wù)器采用3G/4G/Ethernet連接，將閱讀器數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器保存所有的倉庫數(shù)據(jù)，包括入庫、出庫、移動(dòng)、揀貨、盤點(diǎn)等。最后由AS服務(wù)器完成自動(dòng)識(shí)別貨品和相關(guān)數(shù)據(jù)信息的管理，對(duì)監(jiān)控終端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，由打印機(jī)打印各類相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)管理人員需要查找某個(gè)貨物時(shí)，只需在后臺(tái)填入對(duì)應(yīng)貨物名稱，下發(fā)盤點(diǎn)命令即可通知閱讀器進(jìn)行貨物查找，一旦找到對(duì)應(yīng)貨物，立即上報(bào)到后臺(tái)。

　　2物聯(lián)網(wǎng)關(guān)功能設(shè)計(jì)

　　物聯(lián)網(wǎng)關(guān)采用TI335X硬件平臺(tái)，運(yùn)行Linux4.1嵌入式系統(tǒng)，網(wǎng)關(guān)采用SX1301芯片作為基于LoRa調(diào)制的基帶芯片，選用SPI通信方式。可分配8個(gè)LoRa調(diào)制解調(diào)器給多個(gè)通道，它仲裁數(shù)據(jù)包的機(jī)制包括速率、通道、射頻和信號(hào)強(qiáng)度。每個(gè)通道可以接收SF7～SF12共6種速率的LoRa信號(hào)。LoRa節(jié)點(diǎn)采用基于LoRa調(diào)制的基帶芯片SX1278來匹配網(wǎng)關(guān)，SX1278只有1個(gè)通道通信。無源RFID閱讀器與LoRa節(jié)點(diǎn)連接，所盤點(diǎn)的貨物標(biāo)簽數(shù)據(jù)通過LoRa節(jié)點(diǎn)傳送到LoRa網(wǎng)關(guān)，之后進(jìn)行后續(xù)處理。

　　2.1組網(wǎng)方式

　　節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間采用二級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接。節(jié)點(diǎn)可與多個(gè)網(wǎng)關(guān)相連，網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)不進(jìn)行直接交互。入網(wǎng)過程：節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)關(guān)發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀(含節(jié)點(diǎn)ID)，網(wǎng)關(guān)在接收到入網(wǎng)請(qǐng)求幀后，會(huì)根據(jù)自身ID為節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)KeyID，并返回節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)關(guān)回復(fù)后，保存該KeyID，并在后續(xù)通信過程中，所有協(xié)議幀中均含有該KeyID。節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)后，除了標(biāo)簽盤點(diǎn)數(shù)據(jù)交互，節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)之間需保持心跳。一旦心跳多次無應(yīng)答，則節(jié)點(diǎn)需重新入網(wǎng)。

　　2.2通信參數(shù)確定

　　LoRa通信采用擴(kuò)頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離通信，頻段為433MHz/470MHz，可調(diào)。其擴(kuò)頻因子為7～12，空曠情況下最遠(yuǎn)通信距離超5km。在本文所述的應(yīng)用中，需要根據(jù)倉庫占地面積大小和實(shí)際的通道、貨架尺寸來確定。通常一個(gè)100m×100m的貨倉，采用1～2個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)即可滿足要求。

　　2.3數(shù)據(jù)交互方式

　　2.3.1節(jié)點(diǎn)主動(dòng)上報(bào)

　　在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，閱讀器持續(xù)實(shí)時(shí)盤點(diǎn)經(jīng)過通道卡口的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，一旦盤點(diǎn)到則立即上報(bào)。

　　2.3.2網(wǎng)關(guān)主動(dòng)獲取

　　需要查找貨物時(shí)，由網(wǎng)關(guān)下發(fā)盤點(diǎn)命令，分時(shí)對(duì)各貨架區(qū)域的閱讀器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行盤點(diǎn)操作。閱讀器接收到主動(dòng)盤點(diǎn)命令時(shí)，對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行盤點(diǎn)操作，一旦盤點(diǎn)到標(biāo)簽則立即上報(bào)。

　　2.3.3群讀

　　當(dāng)管理者需要獲取某個(gè)系列的所有貨物時(shí)，只需要通過設(shè)置特定標(biāo)簽過濾內(nèi)容，由網(wǎng)關(guān)下發(fā)到無源閱讀器，閱讀器便會(huì)根據(jù)指定內(nèi)容過濾無效標(biāo)簽。為防止所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行盤點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸，引起碰撞，網(wǎng)關(guān)可以分時(shí)對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)規(guī)則逐個(gè)下發(fā)請(qǐng)求命令。

　　3無源閱讀器設(shè)計(jì)

　　本文所述無源RFID標(biāo)簽閱讀器，包括電源模塊、微處理器、讀寫器芯片、抗干擾處理單元。微處理器與閱讀器芯片之間采用UART通信連接，閱讀器芯片與抗干擾處理單元連接，電源模塊的輸出端分別為微處理器、閱讀器芯片、抗干擾處理單元供電，電源模塊的輸入端通過無源RFID標(biāo)簽閱讀器內(nèi)置的電源輸入接口與對(duì)外供電電源連接。

　　無源RFID標(biāo)簽閱讀器支持《EPCC1GEN2/ISO18000-6C》標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，其頻段為840～960MHz，發(fā)射功率可調(diào)，步階間隔為1.0dBm，典型值為23dBm，最大發(fā)射功率為26dBm，最遠(yuǎn)讀取距離為5m。無源RFID標(biāo)簽閱讀器底板對(duì)外的通信波特率可調(diào)，支持串口常用通信速率。

　　本文中閱讀器天線尺寸為(長×寬×厚)：1570mm×590mm×45mm，該閱讀天線駐留時(shí)間和發(fā)射功率可根據(jù)使用需要進(jìn)行設(shè)置;該閱讀天線阻抗為50Ω，最大功率為10W，增益為(8.5±0.5)dBi，駐波比≤1.3。在本文中，可以通過所述閱讀器對(duì)貨物進(jìn)行群讀盤點(diǎn)，其群讀功能可以保證50次/s的標(biāo)簽讀取速度，重復(fù)過濾機(jī)制可以避免重復(fù)上報(bào)。當(dāng)需要盤點(diǎn)或者查找指定貨物時(shí)，只需設(shè)定對(duì)應(yīng)的Mask過濾即可。

　　4結(jié)語

　　倉庫管理效率反映了企業(yè)的核心競(jìng)爭力高低。本文針對(duì)現(xiàn)有倉庫管理解決方案的不足，設(shè)計(jì)了基于LoRa傳輸技術(shù)的無線自組網(wǎng)系統(tǒng)，避免了因有線布網(wǎng)帶來的繁瑣和不便。采用無源RFID標(biāo)簽對(duì)貨物進(jìn)行管理，避免因傳統(tǒng)條形碼或二維碼的手動(dòng)操作方式帶來的誤差。該管理系統(tǒng)功能全面且性能穩(wěn)定可靠，已成功應(yīng)用于中大型倉庫管理中，極大地降低了人工成本，提高了管理效率。

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　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)投稿刊物：《計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件》創(chuàng)刊于1984年，由上海市計(jì)算技術(shù)研究所和上海計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)開發(fā)中心共同主辦，主要面向從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用和軟件技術(shù)開發(fā)的科研人員、工程技術(shù)人員、各大專院校師生、計(jì)算機(jī)愛好者。致力于創(chuàng)辦以創(chuàng)新、準(zhǔn)確、實(shí)用為特色，突出綜述性、科學(xué)性、實(shí)用性，及時(shí)報(bào)道國內(nèi)外計(jì)算機(jī)技術(shù)在科研、教學(xué)、應(yīng)用方面的研究成果和發(fā)展動(dòng)態(tài)的綜合性技術(shù)期刊，為國內(nèi)計(jì)算機(jī)同行提供學(xué)術(shù)交流的平臺(tái)。