應用于高原地區的智能化倉儲分揀識別系統設計

高原地區由于特殊的地理環境，體力勞動得到了極大的限制，本文設計了一種基于智能化模塊的倉儲分揀識別電路，利用智能機器代替人工實現倉儲系統的智能化管理和運作。智能核心模塊使用FPGA來處理數據，利用RFID設備來進行倉庫空間位置的定位管理。經實踐驗證，本文所提出的方案能夠有效利用與一類高原地區的倉儲管理。

【關鍵詞】智能電路 倉儲管理 電子標簽 室內定位

隨著經濟的發展，各類生產活動在我國高原地區也逐漸繁榮起來。其中由于青藏高原地區得天獨厚的地理位置和自然環境，有很多高原特產日益受到消費者的青睞。各類大規模倉儲項目也雨后春筍般涌現出來。然后而由于高原地區含氧量相對較少，人工勞動收到了極大地限制。因為，采用高級智能化技術、機器人技術，自動化技術來代替人工就成了一種亟待解決的問題。大規模的采用物聯網智能化技術，可以節省人力成本，消除地區差異，同時可以避免一些意外的人工傷害。

本文設計了一個基于電子射頻標簽RFID和自動循跡運輸車輛的智能倉儲系統。

1 系統方案設計

1.1 系統整體方案設計

本文設計的智能化倉儲分揀識別系統主要解決的幾個關鍵問題主要是貨物身份識別、貨倉定位、自動運輸、自動卸貨。下面本文將分別闡述解決關鍵的方案。

1.1.1 貨物身份識別

本方案采用低成本的電子標簽（RFID）來實現進倉貨物的身份識別問題[1]。RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID是一種簡單的無線系統，只有兩個基本器件，該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個詢問器（或閱讀器）和很多應答器（或標簽）組成。定位系統的硬件包括：閱讀器、電子標簽和無線Wi-Fi模塊。

閱讀器是用于讀取/寫入標簽信息的設備。電子標簽分為有源和無源兩類。有源技術電子標簽內部有電池，它的壽命一般比無源的長。在電池更換前一直通過設定頻段向外發送信息。本方案采用的有源技術電子標簽具有長時間的壽命。

在貨物進入倉庫前，使得待運輸入庫貨物獲得唯一身份的電子標簽。從而可用于后續的貨物處理流程。

1.1.2 貨倉定位

目前的室內定位技術已相對成熟。常見的室內定位的算法主要分為兩類：基于測距技術的定位算法和距離無關的算法。基于測距技術的算法一般是通過節點之間的距離或者角度來計算出未知節點的位置，常用的技術包括：基于接收信號強度指示算法（RSSI）、到達角度算法（AOA）、到達時間算法（TOA）等。距離無關的算法有：質心法、APIT算法、凸規劃算法等。這些算法都是利用節點之間的相鄰鄰域關系實現定位的。 在本方案中，在智能運輸車輛上附加一個無線信號發射接收模塊。在倉庫明顯位置處設立標準信號源，智能運輸車輛可以根據接收到的信號強度采用三角定位的方法獲得自身的倉庫位置關系以及目的地的地理位置。

1.1.3 自動運輸

自動運輸有兩種可選方案。一種是基于固定軌道的傳輸方案，這種方案可以可靠的實現貨物運輸，運輸量大、運輸效率高，然而存在的缺點是靈活性差，占地面積大。因此本方案采用靈活可變的基于循跡的自動小車方案，只需要在地板上附加可供循跡的圖形標志即可。

2 系統硬件模塊實現方案

2.1 RFID模塊的選用

RFID模塊主要包括RFID通信模塊、讀寫器和實體標簽本身。通信模塊要求鏈接控制模塊或者內部網絡。讀寫器需要考量讀寫是否方便，距離和準確性。實體標簽RFID要選用合適大小、能夠重復使用、成本盡量低。本方案采用國產系列的一款900M超高頻的RFID模塊。該模塊兼容多種協議、具有加密功能，可以滿足本方案的要求。

2.2 FPGA核心控制模塊

在實現定位過程中需要大量的數據計算和實時處理，單片機不能夠勝任核心數據處理單元的任務，本方案采用高速的FPGA芯片作為主控芯片進行數據處理和信號控制[2]。從實際應用來看，FPGA管腳多，容易實現大規模參IO管理。一般單片機IO口有限，而FPGA有數百輸入輸出，可以方便連接外設。本方案中需要處理的終端模塊較多；包含計算機系統、環境監測、車輛檢測、RFID標簽分組識別，需要大量端口，因此采用FPGA模塊可以方便系統實現。FPGA內部程序高速并行單元，有處理更復雜功能的能力。FPGA不同邏輯可以并行執行，可以同時處理不同任務，導致了FPGA工作更有效率。并且FPGA有大量軟核IP，可以方便進行二次開發。本方案采用采用高性能的XILINX SPARTAN6列FPGA作為主芯片，輔助以外圍電路。

2.3 運輸車輛的循跡方式和機械臂

車輛循跡是目前比較成熟的固定區域車輛自動行駛技術。本方案采用地面粘貼導向標志的方法實現車輛循跡行駛。導向標志采用黑色多寬度標志線。用寬度表征主行駛線路和支路行駛線。在需轉向處附近特殊標志進行區分。機械臂采用常用的電機折彎式線性模組。可以實現自動卸貨和分揀。

3 結論

本文設計了一個面向高原地區的利用物聯網技術和計算機技術的智能化倉儲分揀識別系統。該方案的實現和實施可以應用于高原地區的現代物流體系，為發展民族地區經濟做出貢獻。

參考文獻

[1]黃曉宗.無源UHF RFID溫度標簽關鍵技術研究與設計[D].天津大學，2009.

[2]許芳，席毅，陳虹，靳偉偉.基于FPGA/Nios-Ⅱ的矩陣運算硬件加速器設計[J]. 電子測量與儀器學報，2011（04）：377-383.

[3]楊墨，隋天日，曹濤，范強.變電站巡檢機器人自動充電系統[J].制造業自動化，2013（03）：47-49+53.

作者簡介

殷明（1977-），女，四川省成都市人。碩士學位。研究方向為智能電子技術。

作者單位

西南民族大學電信學院 四川省成都市 610000