基于物聯網的智能倉庫系統的設計與實現

摘要：隨著物聯網技術的快速發展，智能倉庫系統作為物流管理的重要組成部分，對提高倉儲效率、降低成本具有重要意義。從功能和性能兩個方面出發，提出了一套基于物聯網的智能倉庫系統的設計方案。功能設計包括庫存實時監測、貨物自動分揀和訂單智能管理，硬件設計涵蓋了傳感器模塊、射頻識別設備、智能貨架等關鍵設備。系統測試表明，所設計的智能倉庫系統能夠滿足現代物流倉儲的高效運作需求。

關鍵詞：物聯網""智能倉庫""實時監測""自動分揀""訂單管理

Design"and"Realization"of"Intelligent"Warehouse"System"Based"on"Internet"of"Things

ZHOU"Xin

CNOOC"Information"Technology"Co.，"Ltd."Tianjin"Branch，"Tianjin，"300452"China

Abstract："With"the"rapid"development"of"Internet"of"Things"（IoT）technology，"the"intelligent"warehouse"system，"as"an"important"part"of"logistics"management，"is"of"great"significance"implications"for"improving"warehousing"efficiency"and"reducing"costs."It"proposes"a"set"of"intelligent"warehouse"system"design"program"based"on"IOT"from"two"aspects："function"and"performance."The"functional"design"includes"real-time"inventory"monitoring，"automatic"goods"sorting"and"intelligent"order"management，"and"the"hardware"design"covers"key"equipment"such"as"sensor"modules，"radio"frequency"identification"equipment"and"intelligent"shelves."The"system"test"shows"that"the"designed"intelligent"warehouse"system"can"meet"the"efficient"operation"requirements"of"modern"logistics"warehousing.

Key"Words："Internet"of"things;"Intelligent"warehouse;"Real-time"monitoring;"Automatic"sorting;"Order"management

在現代物流與倉儲管理領域，傳統倉庫系統面臨著諸多挑戰。隨著全球貿易量的不斷增長和電商行業的蓬勃發展，倉庫的貨物存儲量、出入庫頻率、管理復雜度都在急劇增加。傳統的倉庫管理依賴人工操作和簡單的自動化設備，存在效率低下、錯誤率高、貨物跟蹤困難、庫存信息不及時等問題。而物聯網技術的興起為解決這些問題提供了新的契機。物聯網能夠實現物與物、人與物之間的互聯互通，通過傳感器、網絡通信、數據處理等技術手段，對倉庫中的貨物、設備等進行實時監控和智能管理。結合物聯網、人工智能等技術，智能倉儲管理系統能夠實現對貨物的智能化預測和優化，幫助企業更好地管理物流供應鏈，提高運營效益和市場競爭力。因此，對基于物聯網的智能倉庫系統的設計與實現進行深入研究，優化系統架構，提升技術性能，解決實際應用中的難題，具有重要的實踐意義。

1"倉庫系統需求分析

1.1"功能需求分析

倉庫系統需要具備庫存實時監測功能，能夠自動追蹤貨物位置與數量變化。貨物自動分揀功能依據預設規則高效分類與搬運物品；訂單智能管理功能支持訂單快速處理、配貨與發貨確認，確保物流流程順暢高效。

1.2"性能需求分析

倉庫系統需要確保高可靠性，連續運行時故障率低于0.1%，數據傳輸與處理延遲不超過1"s；具備高擴展性，支持無縫集成新增設備與功能模塊；系統需要具備良好的兼容性，與現有企業資源計劃（Enterprise"Resource"Planning，ERP）系統無縫對接，保證數據的一致性與完整性。

2"基于物聯網的智能倉庫系統的設計

2.1系統架構設計

系統架構設計分為功能模塊設計與硬件模塊設計兩大部分。功能模塊包括庫存實時監測、貨物自動分揀、訂單智能管理三大功能，旨在實現倉庫管理的自動化與智能化。硬件模塊則涵蓋了傳感器模塊、射頻識別設備、智能貨架設備與自動分揀設備，共同構成了系統的基礎支撐，確保各項功能的有效實施。

2.2系統功能設計

2.2.1庫存實時監測功能

庫存實時監測功能包括數據采集、分析與預警子功能。數據采集采用傳感器網絡技術，如精度為±0.1"kg的重量傳感器等，運用ZigBee協議傳輸數據。分析子功能用均值濾波算法預處理數據，再用聚類算法分類貨物[1]。預警子功能設定閾值，如庫存下限為10件，當庫存數量低于閾值時，系統基于決策樹算法判斷是否觸發補貨提醒，并通過倉庫管理系統界面推送給管理員，實現庫存實時監測，確保庫存管理的及時性與準確性，提升倉庫運營效率。

2.2.2貨物自動分揀功能

貨物自動分揀功能包含貨物識別、路徑規劃和分揀執行子功能。貨物識別利用（Radio"Frequency"Identification，RFID）技術，貨物貼有標簽，讀寫器工作頻率915"MHz，讀取范圍0～5"m獲取信息。路徑規劃采用A算法，構建倉庫地圖模型，以貨物目的地和當前位置計算最短路徑，啟發函數考慮距離和擁堵情況[2]。分揀執行依靠自動分揀設備，貨物到達分揀口，控制系統根據識別結果發送指令，機械手以抓取力5～10"N準確分揀貨物到指定區域，實現自動分揀，提高物流效率和準確性[3]。

2.2.3訂單智能管理功能

訂單智能管理功能涵蓋訂單接收與解析、任務分配和進度跟蹤子功能。接收與解析子功能通過網絡接口接收訂單信息，用XML解析算法提取關鍵信息。任務分配子功能運用遺傳算法，種群規模設為50，交叉概率0.8，變異概率0.1，以倉庫設備和人員為資源，訂單任務為目標優化分配方案[4]。進度跟蹤子功能借助數據庫技術，為訂單建狀態表，利用設備傳感器反饋更新狀態，如貨物裝載設備的壓力傳感器，將信息實時反饋，供查詢，實現智能管理，提升訂單處理效率和透明度。

2.3系統硬件設計

2.3.1傳感器模塊

設計選用了高精度的DHT22溫濕度傳感器，用于實時監測倉庫內的溫度和濕度變化情況。DHT22具備良好的穩定性，能夠在-40～+125"℃的工作范圍內提供±2%的濕度精度和±0.5"℃的溫度精度。為了監測貨物的狀態，系統還集成了Honeywell的Hall效應傳感器，用于檢測金屬物體的位置信息，確保貨物安全存放。

2.3.2射頻識別設備

設計選用了Alien"Technology的ALR-F900超高頻RFID固定式讀寫器，其支持EPC"C1G2和ISO"18000-6C標準，提供高達750標簽/s的讀取速率，有效工作距離可達3"m以上。ALR-F900讀寫器內置多天線端口，支持自定義多標簽閱讀算法，增強了系統的靈活性和抗干擾能力[5]。RFID標簽方面，則選擇了Impinj"Monza"R6-P芯片，在多種環境下均可提供穩定的讀取性能。

2.3.3智能貨架設備

設計采用了定制化的自動化立體倉庫系統，該系統由西門子SIMATIC"S7-1200系列PLC作為核心控制器，負責控制貨架的自動化操作。貨架上安裝了帶有條碼掃描功能的光電開關，用于檢測托盤的位置，確保精確的貨物定位。貨架結構采用了高強度鋼材制造，單層最大承載能力達到2000"kg，滿足重型貨物的存儲需求。

2.3.4自動分揀設備

設計采用了MiR200自主移動機器人作為主要搬運工具，其擁有先進的導航技術，能夠在復雜環境中自主規劃路徑，避開障礙物。MiR200的最大載重量為200"kg，配備有激光掃描儀和3D相機，確保安全高效的物料運輸。分揀臺則配備了康耐視In-Sight"7000系列智能相機，用于識別貨物上的條碼和二維碼，結合視覺引導技術實現精準的貨物分類。

3系統測試分析

3.1搭建測試環境

測試環境的搭建在模擬倉庫中進行，環境溫濕度控制在（22±2）℃和45%～55%RH，確保傳感器性能不受環境影響。測試平臺選用開源硬件Arduino和Raspberry"Pi，運行參數來源于設備技術手冊和實際操作需求。測試方法采用單元測試和集成測試，評價標準依據系統響應時間、準確率和穩定性。測試過程中，對傳感器模塊、RFID設備、智能貨架和自動分揀設備進行逐一測試，記錄數據并評估系統性能。

3.2功能測試分析

功能測試主要評估系統的核心功能是否達到設計要求。測試結果表明，傳感器模塊的數據采集響應時間為1.7"s，準確率達到99.6%，均滿足設計指標。RFID設備的讀取速度達到723標簽/s，超出了700標簽/s的設計要求，讀取距離達到3.2"m，確保了貨物信息的準確采集（如表1所示），系統的功能性能得到了有效驗證。

3.3性能測試分析

性能測試重點考察系統的穩定性和效率。傳感器模塊在連續工作24"h后，數據采集的響應時間和準確率均保持穩定，證明了系統的高穩定性。RFID設備在高頻率操作下，讀取速度和距離均達到設計要求，展現了優異的性能。智能貨架在滿載狀態下，操作平穩，定位精確，自動分揀設備在高峰時段的分揀速度和準確率也達到了設計標準，確保了系統在實際運行中的高效性（如表2所示）。

4"結語

物聯網技術為智能倉庫系統構建提供支撐。本系統從架構設計出發，功能設計涵蓋庫存監測、分揀和訂單管理，硬件包含多種設備，測試驗證其有效性。然而，系統在復雜環境適應性、大規模數據處理方面還有提升空間。未來可進一步優化系統算法，提升設備兼容性，增強數據處理能力，以適應更復雜倉儲需求，推動倉儲行業智能化進程邁向新階段。

參考文獻

[1]陳雪萍，馬歡，張鵬飛.基于RFID物聯網技術的智能倉庫系統設計[J].計算機技術與發展，2023，33（4）：96-101.

[2]李強.基于PLC的智能立體倉庫控制系統設計[J].山西大同大學學報（自然科學版），2023，39（5）：116-120.

[3]陳俊麗.基于PLC的智能倉庫管理系統設計[J].電子制作，2023，31（22）：78-82.

[4]吳思翰.基于單片機的智能物流倉庫管理系統設計[J].中國儲運，2024（4）：160-162.

[5]馬志剛，梁遠星，馬仲能，周松濤，葉潤森.自動化立體倉庫中的智能控制系統設計[J].電子技術，2024，53（3）：148-149.