基于物聯網RFID技術的導引系統設計與研究

曾實現+薛蕊+陳江波

摘 要： 為滿足現代物料搬運系統的特點，克服傳統條形碼技術的缺陷，將物聯網RFID技術集成于AGV自動導引系統。采用節點導向法，以LPC2210微處理器為控制核心，由RFID系統來完成目標物料信息的存儲、讀取和數據處理工作，利用RFID標簽定位功能增強AGV的自主引導能力，通過設計標簽導向系統，實現物料的多目標、超視距識別以及裝載、搬運和自動入庫的功能，提高系統的靈活性。最后，利用FlexSim模型進行系統仿真，仿真結果證明該系統獲取與傳輸數據速率較快，系統等待時間較短，提高了工作效率和經濟效益。

關鍵詞： 導引系統； RFID技術； AGV； 電子標簽

中圖分類號： TN876?34； TH132 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）19?0022?03

Design and research of guidance system based on RFID technology of Internet of Things

ZENG Shixian， XUE Rui， CHEN Jiangbo

（Qingdao Huanghai College， Qingdao 266427， China）

Abstract： In order to meet the characteristics of modern material handling system and overcome the shortcomings of traditional barcode technology， the RFID technology of Internet of Things （IoT） is integrated into the AGV automatic guidance system. The RFID system is adopted to accomplish the storage， reading and data processing of the target material information， in which the node?oriented method is used， and LPC2210 microprocessor is taken as the central control unit. The RFID tag positioning function is utilized to enhance the autonomous guidance capability of AGV. The functions of multi?objective and beyond?visual?range identification， loading and automatic warehousing of materials can be realized and the system flexibility can be improved by means of the tag?oriented system. The FlexSim model is used for system simulation. The results show that the system has high efficiency in data acquisition and transmission， and the waiting time of the system is shorter， which improves the work efficiency and economic benefits.

Keywords： guidance system； RFID technology； AGV； electronic tag

0 引 言

目前，在港口的物料運輸中較為常見的裝卸搬運的運輸裝備是帶式輸送機和叉車[1]，在工作過程中不僅需要耗費大量人力，而且對技術操作人員的要求相對來說較高，所以，此類設備制約了企業經濟效率的提高[2]。隨著AGV（Automated Guided Vehicle）導引和RFID技術的快速發展和應用，使得高效柔性搬運及運輸在物料搬運企業中得到了廣闊的發展[3?4]。文中通過了解港口搬運的環境特點，對物料的柔性化、自動化、智能化運輸過程進行研究，基于RFID技術對AGV導引系統做整體設計，該系統不僅降低了人力物力，而且大大地減少了工作時間，提高了效率[5]。

1 系統設計

1.1 總體設計

本文中的導引系統主要由電源部分、系統本體、驅動部分、無線通信系統、控制系統、定位系統等組成[6]。由控制中心發出指令，系統上位機自動按照規劃的路徑執行相應指令，從而實現系統的高效運行。該導引系統在設計、控制管理與執行機構三個方面完成功能目標，這三層構架相互協調。系統層次結構如圖1所示。

1.2 硬件設計

系統硬件包含多個不同的子模塊，具體為上位機、無線傳輸網絡、驅動器、各種傳感器、控制中心、電源等。硬件的各模塊的組成如圖2所示。

整個硬件系統采用標準服務器，同時裝有軟件系統，其職責為給AGV系統下達指令。此系統中頂層信息和中間層信息的傳遞通過無線局域網絡進行，不同的網絡包含不同的通信協議，為此需要在相應的通信協議下進行通信[7]。直流電機的工作在系統的運動控制中發揮作用，驅動器主要通過判斷H橋的PWM波來控制車速，主要采用超聲波避障傳感器、紅外光電傳感器等 [8]。

1.3 軟件設計

導引軟件部分分為頂層PC軟件和中間層的系統軟件。系統以頂層的PC控制系統為核心[9]，對導引系統進行路徑規劃，并實時儲存系統的狀態參數。endprint

2 RFID和AGV的集成設計

2.1 RFID概述

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別技術）系統整體結構原理圖如圖3所示。通常RFID系統主要包含RFID閱讀器、RFID電子標簽兩部分[10]，系統由電子標簽和閱讀器來完成目標信息的存儲、讀取和數據處理。RFID系統是計算機的必要組成部分，并且配套使用。

2.2 RFID與AGV的集成系統

集成系統以LPC2210微處理器為核心控制單元，實現數據的處理，存儲數據及連接系統的各個接口，對系統進行控制等功能。系統通過集成RFID和AGV，從而使得系統的導引效果得到提高。如圖4所示為集成系統的構成框圖，在RFID閱讀器和AGV控制系統的串口中實現通信，將采集到的數據傳送給控制系統，由上位機完成采集和分析工作，實現系統的集成化[11]。

3 RFID標簽導向設計

3.1 前端電路

電子標簽由RFID電路和天線組成，主要分為有源式與無源式。無源式標簽在工作中無需電源，成本低、可靠性較高[12]；有源式標簽未被激發時為待機狀態，正常工作為通信狀態。RFID標簽可以按照系統工作頻率分類，研究發現有源式標簽對于定位與信息的處理更有優勢，穩定性更高[11]。標簽射頻前端電路圖如圖5所示。

3.2 標簽軟件設計

射頻收發芯片在數據的接收和發送階段起到至關重要的作用，軟件可以根據寄存器配置實現多種功能[11]。每個數據包都有相應的編號，當系統地址匹配、CRC正確時，數據將被存入狀態寄存器RX_FIFO中。IRQ是否有效是由狀態寄存器的位置高低來控制。當指令使系統自動有效時，接收應答信號將會被返回。微程序控制器的CE為低時，控制系統將進入低功耗模式，此時，系統將在低電流下進行指令的讀取與存儲等。文中所述標簽指令工作的發送與接收流程圖分別如圖6和圖7所示，微控制器在過程中執行讀與寫操作，這對于RFID工作中相關信息的準確處理起著關鍵的作用。

判定指令的傳輸效果主要通過接收應答信號，若系統收到相應的應答信號，數據便從TX FIFO中刪除，此時說明指令傳送成功；相反，數據則一直傳輸，即自動重傳的狀態有效。電子標簽讀寫器在接收標簽信息后，發送“PWR_UP=0”，此時，電子標簽進入掉電模式，整個過程高效、穩定地完成了數據信息的傳輸。

3.3 系統仿真與測試

文中采用的仿真系統為Flexsim Software Production公司出品的FlexSim，該軟件系統廣泛應用于加工制造、物流運輸等領域，通過面向對象的技術，較為真實地模擬顯示設定環境[13]。如圖8所示，為集成系統的FlexSim模型，整個仿真過程對實際生產有較好的指導意義。

對于系統的測試，主要為通信測試。將系統復位，把計算機的COM口的DART串行通信模塊設置為與預先配置參數相同的波特率，在物流追蹤系統PC端軟件的設備管理中設置串口波特率為9 600 b/s，并連接到相應的COM口。若RFID讀寫器有應答說明通信成功，若通信質量較差，需要循環調試參數，直至正常通信。

通過仿真與測試可知，RFID和AGV集成系統的數據獲取與傳輸速率快，系統等待反饋的時間較短，大大提高了系統的運營效率。這得益于AGV設計的智能特性，系統對勞動力的要求大大降低，而且對于運輸控制的精度進一步提升，對提高經濟效益有較大的幫助。

4 結 語

本文設計了一種基于物聯網RFID技術和AGV相結合的集成系統，根據RFID和AGV集成系統的設計特點，同時結合RFID標簽的導向技術，從而實現了物料的多目標、超視距識別以及裝載、搬運和自動入庫的功能，系統工作效率高、較靈活、易擴展、有較高的可靠性，可以廣泛應用于物料配送行業。

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