Применение системы RFID ZigBee в сторонней логистике

В этой статье плоский склад растущей сторонней логистической компании в Тяньцзиньском новом районе Биньхай используется в качестве среды приложения для создания набора интеллектуальных складских решений на основе концепции Интернета вещей и с масштабируемой ценностью. В системе RFID интеллектуального складирования каждая или несколько электронных меток RFID должны иметь свой соответствующий считыватель/записывающий модуль для считывания информации, а каждая группа считывателей карт RFID также должна обмениваться данными с сервером. Однако при складских операциях поверхность дороги для подъема транспортных средств должна быть гладкой, чтобы обеспечить бесперебойную работу, а складское пространство высокое и имеет широкий пролет, поэтому проводная компоновка неудобна. Для обеспечения беспроводного взаимодействия данных необходимо использовать беспроводные сети. Поэтому все более зрелая технология ZigBee используется для беспроводной сети считывателей RFID-карт для достижения динамического обмена данными.

1 Демонстрация решения сети ZigBee ad hoc

На основе эксплуатационных характеристик сторонних логистических складов и фактических требований к расстоянию передачи данных после горизонтального сравнения нескольких методов беспроводной передачи данных было выбрано решение беспроводной сети ad hoc на основе технологии ZigBee. Сеть ZigBee ad hoc представляет собой высоконадежную беспроводную сетевую платформу передачи данных на основе технологии беспроводной связи IEEE802.1 5.4 и состоит из 65 535 модулей беспроводной передачи данных. В пределах всей сети каждый модуль передачи данных ZigBee может взаимодействовать друг с другом, а расстояние между узлами может быть бесконечно увеличено со стандартных 75 м. Он обладает характеристиками простоты использования, надежной работы и низкой цены.

По сравнению с другими сетевыми методами, технология ZigBee сначала принимает метод сетевой связи ad hoc. Каждый узел ZigBee может работать независимо. Как только на узле возникает проблема, данные могут передаваться через другие узлы, а новый RFID может передаваться в любое время и в любом месте. Когда считыватель присоединяется к сети, это не повлияет на использование всей сети; если используется технология Wi-Fi, сбой точки доступа приведет к тому, что все считыватели RFID в зоне покрытия не смогут обмениваться данными. Во-вторых, стек протоколов ZigBee прост и относительно прост в реализации. Для работы ZigBee требуется системный ресурс размером около 28 Кб, в то время как стек протоколов Bluetooth относительно сложен и требует около 250 Кб системных ресурсов. Кроме того, ZigBee более гибок, чем Bluetooth, и более способствует контролю системных затрат.

В складских операциях, в соответствии с процессом эксплуатации, требуется большое количество узлов передачи данных, а стоимость огромного количества коммуникационного оборудования и расходы на связь при работе в сети напрямую влияют на стоимость системы; технология ZigBee не будет генерировать больше, чем первоначальные инвестиционные затраты. Ежедневные расходы на использование. Хотя скорость передачи ZigBee невелика (полоса частот 2,4 ГГц составляет всего 250 Кбит/с), учитывая особенности складских операций, электронная метка на грузовом поддоне записывает только идентификационный номер груза, а длина байта обычно находится в пределах 32 Б, поэтому она не будет иметь слишком большого влияния на скорость передачи и соответствует нормальным рабочим условиям. Кроме того, ZigBee имеет низкое энергопотребление. При одинаковой среде электропитания непрерывное время работы Bluetooth и WIFI намного короче, чем ZigBee.

Протоколы, связанные с RFID, только предусматривают интерфейсы связи, в то время как ZigBee имеет относительно полный протокол сетевой связи. ZigBee может выбрать полосу частот ISM 2,4 ГГц (глобальную общую полосу частот) в рабочей полосе частот, в то время как RFID может работать в 915 МГц или других полосах частот. Оба не мешают друг другу на частоте связи. Учитывая, что склад находится в помещении, а расстояние между узлами относительно близко, модуль ZigBee может проникать через препятствия определенной толщины во время работы, поэтому затухание сигнала незначительно. Благодаря самоорганизующимся сетевым протоколам устройства в сети могут напрямую или косвенно взаимодействовать по беспроводной сети. Надежность и использование частоты сети очень высоки, а ZigBee имеет относительно полный режим аутентификации безопасности.

Подводя итог, наиболее целесообразно выбрать технологию ZigBee в качестве сети передачи данных для системы RFID в стороннем логистическом интеллектуальном складе.

2 Принципы и структуры сети

Сеть ZigBee должна состоять из центрального координатора (координатора) и маршрутизатора (маршрутизатора). Для создания сети каждой сети ZigBee требуется и требуется только один центральный координатор. Когда узел присоединяется, он выделяет адреса дочерним узлам; маршрутизатор отвечает за отправку, получение и пересылку данных, а также за поиск наиболее подходящего маршрута.ng path. Когда узел присоединяется, узлам назначаются адреса при присоединении, поэтому для сети ZigBee может потребоваться несколько маршрутизаторов. Когда сеть состоит из центрального координатора и N маршрутизаторов, сеть является настоящей сетью MESH, и все данные, отправляемые каждым узлом, автоматически направляются на целевой узел.

Применение системы RFID на основе ZigBee в стороннем логистическом интеллектуальном складе

Система RFID на основе технологии самоорганизующейся сети ZigBee принимает структуру сети MESH и состоит из главного узла управления и нескольких подузлов (количество подузлов зависит от количества считывателей RFID на складе), как показано на рисунке 1. Главный узел управления состоит из сервера и центрального координатора через последовательный порт; подузел состоит из считывателя карт и маршрутизатора через последовательный порт. Последовательный порт выбирает режим двусторонней связи RS 232.

После запуска всех устройств ZigBee главный узел начнет строить сеть ZigBee, добавит все подузлы в сеть, назначит сетевые адреса каждому подузлу и сохранит информацию в базе данных. После того, как считыватель карт соберет данные тега, он сначала отправит данные на подключенный к нему маршрутизатор. Затем маршрутизатор отправляет данные тега вместе с информацией считывателя карт главному узлу управления через многоадресную сеть ZigBee для хранения. Главный узел управления отправляет считыватель к считывателю карт. Команда конфигурации параметров отправляется считывателю через связь с маршрутизатором, а затем устройство узла местоположения переходит в режим энергосбережения; когда главный узел управления выдает команду дочернему узлу, устройство узла местоположения может быть пробуждено в любое время, путем поиска сети адреса дочернего узла, а затем передать команду маршрутизатору через многоадресную сеть в соответствии с сетевым адресом, а затем передать ее соответствующему считывателю карт через маршрутизатор. Наконец, маршрутизатор отправляет подтверждение получения команды главному узлу.

3. Схема сетевого оборудования

В качестве примера рассмотрим плоский склад логистики третьей стороны, считыватели карт установлены в каждом грузовом пространстве и на входе и выходе склада. Товары поступают на склад и покидают его вместе с поддоном. Электронная этикетка прикрепляется к поддону, и на этикетке хранится идентификационный номер товара. Оборудование ZigBee, используемое для работы в сети, основано на чипе CC2530F256 компании TI, работает по протоколу ZigBee2007/PRO, а схема интегрирована в модуль ZigBee. Он обладает всеми характеристиками протокола ZigBee. Преимущество использования модуля заключается в том, что пользователям не нужно понимать сложный протокол ZigBee. Вся обработка протокола ZigBee автоматически выполняется в модуле ZigBee, а программы узлов записываются в модуль встроенным способом. Пользователю нужно только передавать данные через последовательный порт.

Среди них модуль ZigBee, считыватель карт и сервер следуют формату асинхронной последовательной двусторонней связи RS 232; все считыватели карт RFID и их индикаторные сигналы подключаются к микроконтроллеру через устройство-концентратор и единообразно управляются микроконтроллером. Считыватель карт также подключается к микроконтроллеру через последовательный порт RS 232. Источники питания модуля ZigBee, считывателя RFID-карт и микроконтроллера находятся в диапазоне от 5 до 12 В с использованием стандартных уровней TTL.

Сервер и основной модуль управления ZigBee устанавливаются в общей диспетчерской склада и используются для отправки и получения инструкций и обычной диспетчеризации складских операций; все считыватели карт и устройства ZigBee устанавливаются в реальных складских помещениях, а также на входах и выходах склада, чтобы стать единым сетевым узлом. Все узлы состоят из системы RFID на основе беспроводной передачи ZigBee. Индикатор состояния грузового пространства, управляемый микроконтроллером, устанавливается над грузовым пространством, чтобы напоминать персоналу о обычных складских операциях; визуальный интерфейс, преобразованный после обработки базой данных, отображается на главном компьютере в диспетчерской с одной стороны, а с другой стороны отображается на складе. Для просмотра сотрудниками предоставляется большой экран.

Применение системы RFID (ZigBee) в сторонней логистике

Когда во время складских операций возникают другие рабочие процессы и чрезвычайные ситуации, такие как подсчет запасов, перемещение товаров на складские площади, неуместные товары или поврежденные этикетки и т. д., считыватель RFID вовремя пробуждает маршрутизатор ZigBee с помощью сигнала, считываемого в реальном времени, а затем своевременно передает информацию. Она передается центральному координатору в внутреннюю базу данных для управления хранением. Почти все процессы освобождают работников от традиционных методов работы. Точный режим сбора информации улучшаетes надежность управления данными системы и эффективно предотвращает человеческие ошибки.

4 Заключение

После фактического тестирования работы модули ZigBee находятся на расстоянии около 3 м друг от друга в помещении, и сигнал хороший. В нормальных условиях работы склада время, необходимое серверу для получения пакетов данных, составляет около 20–40 мс, что соответствует нормальным рабочим условиям.

Обычный сторонний склад с примерно 500 грузовыми местами требует около 500 модулей ZigBee. Цена за единицу модулей ZigBee на рынке в основном составляет от 40 до 60 юаней. Таким образом, стоимость установки самоорганизующейся сетевой системы ZigBee на складе составляет от 20 000 до 30 000 юаней. Для крупных и средних складских компаний это экономически эффективно. Однако для некоторых небольших складских компаний, которые ценят прибыль, все еще сложно улучшить свой бизнес немедленно. Поэтому, если расходы не могут быть эффективно проконтролированы, план не будет обобщен. В зависимости от размера предприятия и различных характеристик склада количество модулей ZigBee может быть соответствующим образом сокращено во время внедрения фактического решения. Например, несколько соседних считывателей RFID-карт могут совместно использовать модуль ZigBee через концентраторное устройство, тем самым эффективно снижая расходы. Однако вытекающая проблема заключается в том, что объем данных, передаваемых каждым модулем ZigBee за один раз, очень ограничен. Если проблема метода последовательной передачи данных и интервала передачи не может быть решена должным образом, скорость отклика и эффективность работы системы будут сильно затронуты. Однако я считаю, что эти проблемы будут решены в ближайшем будущем с непрерывным развитием технологии ZigBee.