基于STM32的智能倉(cāng)庫(kù)尋物系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周燕

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714022

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)依靠人工尋找物品低效而且緩慢的問題，特別是物品種類越復(fù)雜繁多，問題就越突出。本文結(jié)合無線數(shù)傳技術(shù)和嵌入式ARM技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種主從模式智能倉(cāng)庫(kù)尋物系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了使用手持終端對(duì)倉(cāng)庫(kù)物品查詢并自動(dòng)獲得所尋物品方位，同時(shí)具有所在方位發(fā)出聲光提醒的功能。使用該系統(tǒng)可以較大的提高復(fù)雜倉(cāng)庫(kù)尋物的速度與準(zhǔn)確性，具有良好的實(shí)用性、擴(kuò)展性和低廉的價(jià)格。

關(guān)鍵詞：倉(cāng)庫(kù)尋物系統(tǒng)；無線通訊；嵌入式ARM技術(shù)

Design of intelligent warehouse homing system based on STM32

ZHOU Yan

Yunnan Metallurgical Group Chuangeng Metal Fuel Cell Co.， Ltd ， Kunming，China650500

Abstract：For the problem of inefficient and slow artificial search for goods in traditional warehouses， especially the more complex types of goods， the more prominent the problem. In this paper， combined with wireless data transmission technology and embedded ARM technology， designed a masterslave model of intelligent warehouse search system. The system realizes the inquiry of the items in the warehouse by using the handheld terminal， and automatically obtains the position of the articles to be searched， simultaneously has the function of making sound and light reminding in the position. The use of the system can greatly improve the speed and accuracy of searching goods in the warehouses， with good practicality， scalability and low prices.

Keywords：warehouse search system；wireless communication；embedded ARM technology

目前一些企業(yè)的傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)依然采用人工尋找儲(chǔ)備物品的方式來管理倉(cāng)庫(kù)，隨著倉(cāng)庫(kù)內(nèi)數(shù)量品種的不斷增多，人工尋找倉(cāng)庫(kù)物品花費(fèi)的時(shí)間越來越長(zhǎng)，尋物的效率不斷降低，使得企業(yè)需要投入更多的資金與人力來管理倉(cāng)庫(kù)。全智能化的現(xiàn)代倉(cāng)庫(kù)改造投入成本高，不利于傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)的升級(jí)改造。需要開發(fā)一種投入成本低，又能提高倉(cāng)庫(kù)尋物效率，節(jié)省人力成本的智能尋物平臺(tái)。為此本文設(shè)計(jì)了一種低成本，低投入，同時(shí)又便于傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)平滑升級(jí)的智能倉(cāng)庫(kù)尋物系統(tǒng)。倉(cāng)庫(kù)里的各個(gè)儲(chǔ)柜獨(dú)立的排列于倉(cāng)庫(kù)中，利用一主多從的分散模式進(jìn)行設(shè)備管理，通過主機(jī)向各個(gè)從機(jī)發(fā)送查詢指令然后由從機(jī)返回查詢的結(jié)果。將減少倉(cāng)庫(kù)的尋物時(shí)間，此系統(tǒng)可以讓倉(cāng)庫(kù)的管理達(dá)到最簡(jiǎn)化，企業(yè)對(duì)倉(cāng)庫(kù)的投入達(dá)到最小化，降低企業(yè)的管理成本。

1 智能倉(cāng)庫(kù)尋物裝置的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能倉(cāng)庫(kù)尋物系統(tǒng)由一個(gè)主機(jī)和多個(gè)從機(jī)構(gòu)成。主機(jī)主要負(fù)責(zé)用戶界面，用戶輸入，無線通訊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等任務(wù)。從機(jī)主要負(fù)責(zé)無線通訊，發(fā)出聲光報(bào)警，尋找物品時(shí)，手持主機(jī)設(shè)備按分類找到想要尋找的物品，點(diǎn)擊查找按鈕主機(jī)將向從機(jī)廣播查找指令，從機(jī)分別識(shí)別查找指令，對(duì)應(yīng)的從機(jī)發(fā)出聲光提示。

操作運(yùn)行流程如圖1所示。

1.1 無線模塊和微控制器選型

由于倉(cāng)庫(kù)一般占地面積較大，又有儲(chǔ)柜和貨架遮擋無線信號(hào)，所以需要使用有較強(qiáng)穿透能力和較遠(yuǎn)傳輸距離的無線模塊。WLK01L39無線收發(fā)模塊較nRF905，nRF24L01等射頻收發(fā)模塊有較強(qiáng)的穿透能力，傳輸距離遠(yuǎn)，而且軟件編程簡(jiǎn)單，節(jié)約開發(fā)成本和開發(fā)時(shí)間。

WLK01L39無線收發(fā)模塊的SETA引腳和SETB引腳決定了工作模式WLK01L39有四種工作模式，即正常收發(fā)模式、喚醒主模式、喚醒從模式、配置休閑模式。將主機(jī)設(shè)置為主模式，從機(jī)設(shè)置為從模式后可組成主從模式無線收發(fā)系統(tǒng)。主機(jī)微控制單元使用意法半導(dǎo)體公司（ST）推出的32位RISC微控制器系列產(chǎn)品，采用高性能ARM CortexM3內(nèi)核的STM32F103RCT6處理器，工作頻率為72MHz，內(nèi)置256K高速存儲(chǔ)器，8個(gè)16位定時(shí)器，2個(gè)12位DAC，16個(gè)12位ADC。

功能設(shè)計(jì)：

采用主從模式進(jìn)行工作，工作模式見圖2。

1.2 主機(jī)功能設(shè)計(jì)

主機(jī)使用0.96寸 OLED顯示屏、WLK01L39無線傳輸模塊、參數(shù)輸入模塊，故障報(bào)警模塊和SD卡存儲(chǔ)模塊。整體采用模塊化的思想來進(jìn)行構(gòu)建，這樣有利于系統(tǒng)后期的維護(hù)和功能升級(jí)。主機(jī)的主要功能：在物品列表找到需要提取物品發(fā)送查找指令；接收各個(gè)儲(chǔ)物柜的位置、數(shù)量、溫濕信息，當(dāng)物品剩余數(shù)量少于最少限定值時(shí)進(jìn)行提示，對(duì)空氣濕度超過物品可承受范圍時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

1.3 從機(jī)功能設(shè)計(jì)

從機(jī)搭載溫濕度傳感器、0.96寸OLED屏、WLK01L39無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)設(shè)置按鈕、物品提示模塊。從機(jī)主要功能：從機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)接收到主機(jī)的指令時(shí)，根據(jù)指令信息進(jìn)行處理，尋物指令將向主機(jī)返回位置信息并發(fā)出提示音和亮燈提示；查詢信息指令將向主機(jī)返回儲(chǔ)物柜信息；從機(jī)在待機(jī)中將定期讀取周圍環(huán)境的溫濕度信息。

2 主從機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 供電單元設(shè)計(jì)

該管理系統(tǒng)的主從機(jī)均采用市場(chǎng)上的五號(hào)電池進(jìn)行供電，為整個(gè)系統(tǒng)提供5V電源。由于微處理器和無線通訊模塊的電源供電電壓是3.3V，為此采用線性穩(wěn)壓芯片AMS11173.3，該芯片可將5V電壓線性穩(wěn)壓至3.3V電壓，最大輸出能力1A，穩(wěn)壓電路如圖3所示。

電路中C14是5V電源的濾波電容，用于濾除輸入電源的雜波，使電源更加穩(wěn)定，AMS11173.3輸出的3.3V電壓經(jīng)過C13的濾波使電源更加純凈，R10用于對(duì)電源指示燈的電流限制。在進(jìn)入主控芯片的電源都采用0.1uf的陶瓷電容作為去耦電容使主控芯片更加穩(wěn)定，抗干擾性更強(qiáng)，在模擬地和數(shù)字地之間采用0歐電阻相連接，用于隔離模擬地和數(shù)字地，使模擬采樣數(shù)值更加穩(wěn)定。

2.2 輸入單元設(shè)計(jì)

主機(jī)與從機(jī)的參數(shù)輸入均采用觸摸式按鍵，本設(shè)計(jì)中采用UTouch08B觸摸檢測(cè)IC是一款使用電容感應(yīng)式原理設(shè)計(jì)的觸摸芯片。此芯片內(nèi)建穩(wěn)壓電路供觸摸傳感器使用，穩(wěn)定的觸摸效果可以應(yīng)用在各種不同應(yīng)用上，人體觸摸面板可以通過非導(dǎo)電性絕緣材料連接，可以透過此材料達(dá)到觸摸效果。微控制器采用識(shí)別UTouch08B引腳高低電平的方式識(shí)別觸摸式按鍵的觸摸情況達(dá)到參數(shù)輸入的目的。

2.3 提示單元設(shè)計(jì)

從機(jī)提示裝置有提示音和亮燈。電路中再用蜂鳴器進(jìn)行聽覺提示，用燈進(jìn)行視覺提示。蜂鳴器采用三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樾酒琁O口的驅(qū)動(dòng)能力不夠強(qiáng)，利用三極管的開關(guān)特性進(jìn)行通斷。提示燈采用IO口進(jìn)行點(diǎn)亮只在中間串聯(lián)電阻進(jìn)行限流。蜂鳴器和指示燈原理圖如圖4所示。

3 智能倉(cāng)庫(kù)尋物裝置的軟件設(shè)計(jì)

3.1 智能倉(cāng)庫(kù)尋物裝置的物品數(shù)據(jù)處理

在倉(cāng)庫(kù)尋物系統(tǒng)中倉(cāng)庫(kù)里的物品是通過數(shù)字編碼來表示物品的。通過軟件把倉(cāng)庫(kù)里的物品和對(duì)應(yīng)的編號(hào)寫入尋物系統(tǒng)的SD卡內(nèi)，尋找物品時(shí)輸入物品名稱，由主機(jī)解析名稱為編碼，并打包為指令向所有從機(jī)廣播，從機(jī)接收后，解析指令并將結(jié)果反饋給給主機(jī)。主機(jī)信息采集功能的數(shù)據(jù)格式：功能碼+機(jī)器碼+結(jié)束位；尋物功能的數(shù)據(jù)格式：功能碼+物品代碼+結(jié)束位；應(yīng)答反應(yīng)功能數(shù)據(jù)格式：功能碼。從機(jī)接收尋物指令反饋數(shù)據(jù)格式：機(jī)器碼+物品代碼+位置信息+環(huán)境溫濕度+剩余數(shù)量+結(jié)束位；從機(jī)接收信息采集指令反饋數(shù)據(jù)格式：機(jī)器碼+環(huán)境溫濕度+物品代碼+剩余數(shù)量+結(jié)束位；應(yīng)答反應(yīng)指令反饋數(shù)據(jù)格式：機(jī)器碼；溫濕度警示信息數(shù)據(jù)格式：機(jī)器碼+環(huán)境溫濕度+結(jié)束位；剩余數(shù)量警示信息數(shù)據(jù)格式：機(jī)器碼+物品代碼+剩余數(shù)量+結(jié)束位。智能尋物系統(tǒng)是靠物品的數(shù)字編碼來識(shí)別物品的，主機(jī)通過反饋的代碼找到對(duì)應(yīng)的物品名稱顯示出來。

3.2 主機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)

主機(jī)的工作流程：開機(jī)后，先向各從機(jī)發(fā)送應(yīng)答指令，等待從機(jī)設(shè)備回饋信息，通過反饋信息對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，檢測(cè)是否都通訊正常，各個(gè)從機(jī)有無故障。如果從機(jī)沒有故障則進(jìn)入尋物或查看信息狀態(tài)，如果有故障，則對(duì)故障機(jī)持續(xù)有間隔的發(fā)送10次應(yīng)答指令，如仍然沒有應(yīng)答，則報(bào)告沒有應(yīng)答的從機(jī)出故障。主機(jī)繼續(xù)進(jìn)入尋物和查看信息狀態(tài)。只有在通過按鍵啟動(dòng)發(fā)送模式才使無線傳輸模塊出于發(fā)送模式，發(fā)送完成后自動(dòng)轉(zhuǎn)為接收模式，這樣有利于在平時(shí)儲(chǔ)物柜出現(xiàn)問題能及時(shí)向主機(jī)報(bào)告。主機(jī)的軟件整體流程圖如圖5所示。

3.3 從機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)

從機(jī)主要工作流程：開機(jī)后，采集溫濕度信息并判斷剩余數(shù)量，如發(fā)現(xiàn)異常則向主機(jī)發(fā)送相應(yīng)的信息，然后進(jìn)入指令接收狀態(tài)。當(dāng)接收到尋物指令后，判斷物品是否在該從機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中，不在數(shù)據(jù)庫(kù)中則跳出查詢進(jìn)入等待接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，如果在數(shù)據(jù)庫(kù)中，將向主機(jī)發(fā)送位置信息并發(fā)出提示音和電量指示燈；當(dāng)接收到自檢信號(hào)時(shí)，反饋?zhàn)约旱臋C(jī)器碼；接收到數(shù)據(jù)采集指令，判斷機(jī)器碼是否吻合，進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋發(fā)送。從機(jī)軟件整體流程圖如圖6所示。

4 系統(tǒng)測(cè)試

為了測(cè)試系統(tǒng)功能的完整性，對(duì)系統(tǒng)做了簡(jiǎn)單的部署，把從機(jī)放在離主機(jī)200米范圍內(nèi)的任意地方，然后先對(duì)從機(jī)事先設(shè)定好的物品參數(shù)剩余數(shù)量進(jìn)行改動(dòng)并對(duì)其他從機(jī)人為提升溫濕度，開啟主機(jī)看從機(jī)應(yīng)答正常，物品信息參數(shù)超過設(shè)定范圍后可以反饋給主機(jī)。通過主機(jī)進(jìn)行尋物操作，從機(jī)能夠回復(fù)物品位置信息和剩余量并在該物品儲(chǔ)物柜上進(jìn)行聲光提示。主機(jī)進(jìn)行物品信息提取操作，從機(jī)能夠進(jìn)行信息采集并回復(fù)主機(jī)。經(jīng)過長(zhǎng)期的測(cè)試，系統(tǒng)可以達(dá)到預(yù)期要求，使倉(cāng)庫(kù)的管理更加高效。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)高效、低成本和智能化的追求越來越高。本文將WLK01L39無線通信技術(shù)及嵌入式 ARM 技術(shù)結(jié)合在一起，利用觸摸按鍵和OLED屏顯示技術(shù)進(jìn)行人機(jī)交互。此裝置具有安裝方便，無需繁瑣雜亂的布線，也無需對(duì)室內(nèi)電線做任何改動(dòng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，適合倉(cāng)庫(kù)中物品種類多、物品數(shù)量大的倉(cāng)庫(kù)和一些存放種類繁多的儲(chǔ)物房使用，具有很好的市場(chǎng)前景。但是作為一個(gè)完善的系統(tǒng)需要考慮到用戶的各種需求，可以在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上通過后續(xù)的不斷開發(fā)來實(shí)現(xiàn)更多的功能和用途。

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