Aplikace RFID systému ZigBee v logistice třetích stran

Tento článek využívá plochý sklad rostoucí logistické společnosti třetí strany v Nové oblasti Tianjin Binhai jako aplikační prostředí k vytvoření sady inteligentních skladových řešení založených na konceptu internetu věcí a se škálovatelnou hodnotou. V systému RFID inteligentního skladování musí mít každý nebo několik elektronických štítků RFID svou odpovídající čtečku/zapisovačku pro snímání informací a každá skupina čteček RFID karet si také potřebuje vyměňovat data se serverem. Ve skladových provozech však musí být povrch vozovky pro zvedání vozidel hladký, aby byl zajištěn hladký provoz, a skladové prostory jsou vysoké a mají široké rozpětí, takže uspořádání kabelů je nepohodlné. K dosažení bezdrátové datové interakce je nutné použít bezdrátové sítě. Proto se stále vyspělejší technologie ZigBee používá k bezdrátové síti čteček RFID karet pro dosažení dynamické výměny dat.

1 Ukázka síťového řešení ad hoc ZigBee

Na základě provozních charakteristik logistického skladu třetích stran a skutečných požadavků na přenosovou vzdálenost bylo po horizontálním srovnání několika metod bezdrátového přenosu vybráno bezdrátové ad hoc síťové řešení založené na technologii ZigBee. Ad hoc síť ZigBee je vysoce spolehlivá síťová platforma pro bezdrátový přenos dat založená na bezdrátové komunikační technologii IEEE802.1 5.4 a složená z až 65 535 modulů pro bezdrátový přenos dat. V rámci celé sítě může každý modul přenosu dat ZigBee mezi sebou komunikovat a vzdálenost mezi uzly lze plynule rozšiřovat ze standardních 75 m. Má vlastnosti snadného použití, spolehlivého provozu a nízké ceny.

Ve srovnání s jinými síťovými metodami využívá technologie ZigBee nejprve metodu síťové komunikace ad hoc. Každý uzel ZigBee může pracovat samostatně. Jakmile dojde k problému na uzlu, data mohou být přenášena prostřednictvím jiných uzlů a nové RFID mohou být přenášeny kdykoli a kdekoli. Když se čtečka připojí k síti, neovlivní to využití celé sítě; pokud je použita technologie Wifi, selhání přístupového bodu způsobí, že všechny čtečky RFID v oblasti pokrytí si nebudou moci vyměňovat data. Za druhé, zásobník protokolů ZigBee je jednoduchý a relativně snadno implementovatelný. Spuštění ZigBee vyžaduje systém Zdroj má přibližně 28 Kb, zatímco zásobník protokolu Bluetooth je poměrně složitý a vyžaduje přibližně 250 Kb systémových prostředků. Kromě toho je ZigBee flexibilnější než Bluetooth a pomáhá lépe kontrolovat systémové náklady.

Ve skladových operacích je v závislosti na provozním procesu vyžadován velký počet uzlů pro přenos dat a náklady na velké množství komunikačních zařízení a náklady na komunikaci při provozu v síti přímo ovlivňují náklady na systém; Technologie ZigBee nebude generovat více kromě počátečních investičních nákladů. Denní poplatky za používání. Přestože přenosová rychlost ZigBee není vysoká (frekvenční pásmo 2,4 GHz je pouze 250 Kb/s), s ohledem na vlastnosti skladových operací elektronický štítek na nákladní paletě zapisuje pouze ID číslo nákladu a délka bajtu je obvykle do 32 B, takže nebude mít příliš velký vliv na přenosovou rychlost a vyhovuje běžným pracovním podmínkám. ZigBee má navíc nízkou spotřebu energie. Při stejném prostředí napájení je nepřetržitá pracovní doba Bluetooth a WIFI mnohem kratší než ZigBee.

Protokoly související s RFID stanoví pouze komunikační rozhraní, zatímco ZigBee má relativně kompletní komunikační síťový protokol. ZigBee si může vybrat frekvenční pásmo 2,4 GHz ISM (globální společné frekvenční pásmo) v pracovním frekvenčním pásmu, zatímco RFID může pracovat v 915 MHz nebo jiných frekvenčních pásmech. Oba Na komunikační frekvenci se vzájemně neruší. Vzhledem k tomu, že sklad je vnitřní prostředí a vzdálenost mezi uzly je relativně malá, může ZigBee modul během provozu pronikat překážkami určité tloušťky, takže útlum signálu je zanedbatelný. Prostřednictvím samoorganizujících se síťových protokolů mohou zařízení v síti komunikovat přímo nebo nepřímo bezdrátově. Spolehlivost a frekvenční využití sítě jsou velmi vysoké a ZigBee má relativně kompletní režim bezpečnostní autentizace.

V souhrnu je nejvhodnější zvolit technologii ZigBee jako síť přenosu dat pro systém RFID v logistických chytrých skladech třetích stran.

2 Principy a struktury sítí

Síť ZigBee se musí skládat z centrálního koordinátora (Coordinator) a routeru (Router). Každá síť ZigBee vyžaduje a potřebuje pouze jednoho centrálního koordinátora pro vytvoření sítě. Když se uzel připojí, přidělí adresy cskryté uzly; router je zodpovědný za odesílání, přijímání a předávání dat a za nalezení nejvhodnější směrovací cesty. Když se připojuje uzel, při připojování jsou uzlu přiřazeny adresy, takže síť ZigBee může vyžadovat více směrovačů. Když se síť skládá z centrálního koordinátora a N routerů, jedná se o skutečnou MESH síť a všechna data odeslaná každým uzlem jsou automaticky směrována do cílového uzlu.

Aplikace RFID systému založeného na ZigBee v inteligentních logistických skladech třetích stran

Systém RFID založený na technologii samoorganizující se sítě ZigBee přijímá strukturu sítě MESH a skládá se z hlavního řídicího uzlu a několika dílčích uzlů (počet dílčích uzlů závisí na počtu čteček RFID ve skladu), jak je znázorněno na obrázku 1. Hlavní řídicí uzel se skládá ze serveru a centrálního koordinátora přes sériový port; sub-uzel se skládá ze čtečky karet a routeru přes sériový port. Sériový port volí režim obousměrné komunikace RS 232.

Po spuštění všech zařízení ZigBee začne hlavní uzel budovat síť ZigBee, přidá do sítě všechny dílčí uzly, přiřadí síťové adresy každému dílčímu uzlu a uloží informace do databáze. Poté, co čtečka karet shromáždí data tagů, odešle data nejprve do routeru, který je k ní připojen. Router poté odešle data tagů spolu s informacemi o čtečce karet do hlavního řídicího uzlu prostřednictvím víceskokové sítě ZigBee pro uložení. Hlavní řídicí uzel odešle čtečku do čtečky karet. Příkaz konfigurace parametru je odeslán do čtečky prostřednictvím komunikace s routerem a poté zařízení lokačního uzlu přejde do úsporného režimu; když hlavní řídicí uzel vydá příkaz podřízenému uzlu, lze zařízení lokalizačního uzlu kdykoli probudit vyhledáním sítě adresy podřízeného uzlu a poté předat příkaz směrovači přes multi-hop síť podle síťové adresy a poté jej předat příslušné čtečce karet přes směrovač. Nakonec router odešle potvrzující oznámení o přijetí příkazu do hlavního uzlu.

3. Rozložení síťového hardwaru

Vezmeme-li jako příklad plochý logistický sklad třetí strany, čtečky karet jsou instalovány v každém nákladovém prostoru a na vstupu a výstupu ze skladu. Zboží vstupuje a opouští sklad s paletou. Elektronický štítek se nalepí na paletu a na štítku je uloženo ID číslo zboží. Zařízení ZigBee používané pro síťové propojení je založeno na čipu CC2530F256 společnosti TI, běží na protokolu ZigBee2007/PRO a obvod byl integrován do modulu ZigBee. Má všechny vlastnosti protokolu ZigBee. Výhodou použití modulu je, že uživatelé nemusí rozumět složitému protokolu ZigBee. Veškeré zpracování protokolu ZigBee je automaticky dokončeno v modulu ZigBee a programy uzlů jsou zapsány do modulu vestavěným způsobem. Uživatel potřebuje pouze přenášet data přes sériový port.

Mezi nimi modul ZigBee, čtečka karet a server sledují asynchronní sériový obousměrný komunikační formát RS 232; všechny čtečky karet RFID a jejich indikační signály jsou připojeny k mikrokontroléru přes zařízení rozbočovače a jsou jednotně řízeny mikrokontrolérem. Čtečka karet Je také připojena k mikrokontroléru přes sériový port RS 232. Napájecí zdroje modulu ZigBee, čtečky RFID karet a mikrokontroléru jsou všechny mezi 5 a 12 V při použití standardních úrovní TTL.

Server a hlavní řídicí modul ZigBee jsou instalovány v obecné expediční místnosti skladu a slouží k odesílání a přijímání instrukcí a běžnému odbavování skladových operací; všechny čtečky karet a zařízení ZigBee jsou instalovány ve skutečných skladových umístěních a skladových vchodech a východech, aby se staly jediným síťovým uzlem. Všechny uzly jsou složeny z RFID systému založeného na bezdrátovém přenosu ZigBee. Kontrolka stavu nákladového prostoru ovládaná mikrokontrolérem je instalována nad nákladovým prostorem, aby personálu připomínala běžný skladový provoz; vizuální rozhraní převedené po zpracování databází se na jedné straně zobrazí na hostitelském počítači v expediční místnosti a na druhé straně se zobrazí ve skladu. Pro zaměstnance je k dispozici velká obrazovka, kterou si mohou prohlížet.

Aplikace systému RFID (ZigBee) v logistice třetích stran

Když se během skladových operací vyskytnou další pracovní postupy a mimořádné události, jako je inventarizace, přesun zboží do skladových prostor, nesprávně umístěné zboží nebo poškozené štítky atd., čtečka RFID probudí router ZigBee včas pomocí signálu snímaného v reálném čase a poté přenese informace vvčasným způsobem. Je předán centrálnímu koordinátorovi do backendové databáze pro správu úložiště. Téměř všechny procesy osvobozují pracovníky od tradičních provozních metod. Přesný režim sběru informací zlepšuje spolehlivost správy dat systému a účinně předchází lidským chybám.

4 Závěr

Po skutečném provozním testování jsou moduly ZigBee ve vnitřním prostředí od sebe vzdáleny asi 3 m a signál je dobrý. Za normálních provozních podmínek skladování je doba, za kterou server přijímá datové pakety, přibližně 20 až 40 ms, což odpovídá běžným pracovním podmínkám.

Běžný sklad třetí strany s asi 500 nákladními prostory vyžaduje asi 500 modulů ZigBee. Jednotková cena modulů ZigBee na trhu je v zásadě 40 až 60 RMB. Proto se náklady na instalaci samoorganizujícího se síťového systému ZigBee ve skladu pohybují mezi 20 000 a 30 000 yuany. Pro velké a střední skladové firmy je to cenově výhodné. Pro některé malé skladové společnosti, které si cení zisku, je však stále obtížné okamžitě zlepšit své podnikání. Pokud tedy nelze efektivně kontrolovat náklady, plán nebude zobecnitelný. Podle různých velikostí podniků a různých charakteristik skladů lze počet modulů ZigBee při implementaci vlastního řešení vhodně snížit. Například několik sousedních čteček RFID karet může sdílet modul ZigBee prostřednictvím rozbočovače, čímž se efektivně snižují náklady. Následným problémem však je, že množství dat přenášených každým modulem ZigBee najednou je velmi omezené. Pokud problém sekvenčního přenosu dat a přenosového intervalu nelze dobře vyřešit, bude rychlost odezvy a efektivita práce systému značně ovlivněna. Věřím však, že tyto problémy budou v blízké budoucnosti vyřešeny neustálým vývojem technologie ZigBee.