CN107096722A - 基于rfid技术的物联网分拣系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID技术的物联网分拣系统，包括运载车、导航磁道和多个仓储运输装置，运载车包括车体、机械手臂和旋转式移载装置，车体和机械手臂上均设置有主控制器，移载装置由三组分控传送带组成，分控传送带安装于可360度旋转的底盘上，底盘固定于车体上。主控制器分别连接有无线通讯模块、底盘电机驱动、故障检测与车身诊断模块、防撞与避障传感器模块、射频定位标签、RFID读写器和CAN总线通信模块连接，所述无线通讯模块与上位机监控连接。本发明将射频识别RFID技术运用到货物分拣过程中，运用智能控制策略实现货物在分拣过程中准确的信息采集、传输、反馈与控制，实现货物信息的共享。

Description

基于RFID技术的物联网分拣系统

技术领域

本发明属于物流分拣技术领域，涉及一种基于RFID技术的物联网分拣系统。

背景技术

目前大多数的仓储物流分拣系统是采用条码术识别来采集商品信息，由于传统的条码易污损，需精确对位，对环境条件要求高，无法批量识别已经难以满足现代物流管理的要求。因此仓储物流迫切需要应用更先进的识别、分拣及搬运技术来改善管理、降低成本、提高效率。

自动分拣系统最早在我国邮政部门使用，分拣机的主要功能是将包裹或印刷品按邮寄地址进行分拣，自动分拣系统的使用改变了传统的手工分拣作业方式，大大减轻了笨重的体力劳动，而且更为重要的是提高了分拣作业准确性。因此，我们需要利用现代控制理论和方法，设计一种能够实现自主识别、自动搬运货物、运送货物自动入库以及货物统计功能的分拣搬运系统，从而对传统搬运方式的智能化和现代化程度进行改善和提升，从而达到企业在生产及仓储管理中的运力、速度、可靠性、安全性、效率、效益的提高。

随着我国对物联网产业关注和支持力度的显著提高，物联网已经把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，物联网用途遍及智能交通、物流管理、环境保护、公共安全、智能家居等多个领域。在物流管理方面，智能仓储分拣系统可以大大减少劳动力，提高作业速度和保管的效率，降低物流的费用，通过与供应链管理系统的有效结合，借助信息化技术将供应商、制造商、客户紧密联合恰来，有效的降低库存风险。本发明通过建立RFID技术的物联网智能仓储分拣系统，与企业ERP系统有效的结合，记录并跟踪产品在企业内部物流中的各个环节的情况，帮助企业的物流管理人员对库存产品的入库、出库、移动、盘点、分拣等操作进行全面的控制和管理,实现产品批次控制，快速出入库和动态盘点，有效的利用仓库存储空间，提高仓库的仓储能力。对仓库流程和仓储空间的科学管理，最终将提高企业物流管理的质量和效率，降低企业库存成本，提升企业市场竞争力。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种基于RFID技术的物联网分拣系统，解决了现有技术中存在的物流分拣系统成本高、效率低的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于RFID技术的物联网分拣系统，包括运载车、导航磁道和多个仓储运输装置，所述运载车包括车体、机械手臂和旋转式移载装置，所述车体和机械手臂上均设置有主控制器，所述移载装置由三组分控传送带组成，所述分控传送带安装于可360度旋转的底盘上，所述底盘固定于车体上。

本发明的特征还在于，

所述主控制器分别连接有无线通讯模块、底盘电机驱动、故障检测与车身诊断模块、防撞与避障传感器模块、射频定位标签、RFID读写器和CAN总线通信模块连接，所述无线通讯模块与上位机监控连接。

所述主控制器采用STM32F103单片机。

所述无线通讯模块采用nRF24L01无线通信芯片。

所述底盘电机驱动采用IR2101驱动芯片，电机采用24V直流电机。

所述防撞与避障传感器模块采用KS103传感器模块。

所述RFID读写器采用JT900A一体化读写器，所述RFID读写器由RFID读写模块、射频天线、射频电缆、通讯电缆和个人计算机或服务器组成。

所述CAN总线通信模块包括CAN总线控制器和CAN总线收发器。

本发明的有益效果是：

1.基于RFID技术的新型智能化货物分拣系统，将射频识别RFID技术运用到货物分拣过程中，运用智能控制策略实现货物在分拣过程中准确的信息采集、传输、反馈与控制，实现货物信息的共享。将分拣系统加载到搬运设备上，可实现识别、分拣、搬运、入库、统计等一体化作业，不仅在生产效率上能够满足企业需求，而且降低了人力成本投入，同时提高了分拣过程中系统的稳定性，减少了对环境的污染；

2.本系统集人工智能、机械设计、信息处理、图像处理、传感器、计算机、自动控制、电子技术等多个学科为一体，是现代物流自动化系统中的关键设备。通过对该系统各功能的分解实现，在各部分充分实现其功能的条件下，进行样机功能仿真，使其对于工作环境具有较好的适应性，并充分利用工作环境的空间，相对容易地更改运行线路，具有灵活的物料搬运能力。在工业、农业、医学和人类生活中的各方面显示出越来越多的应用前景；

3.RFID技术在分拣系统中对多目标、超视距的定位和识别，采用RFID技术读取货物和地理位置标签，实现货物定位、统计和入库、实现搬运分拣系统和上位机的无线数据通讯，搬运分拣系统中数据统计和位置信息记录功能实现了现代仓储物流中的动态管理，提高了效率、降低了成本，将RFID技术应用于搬运分拣系统中，其结构简单、成本低、定位准确，能适应作业线路根据需要随时改变的定位需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的结构图；

图2是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的运载车结构图；

图3是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的模块结构图；

图4是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的主控制器电路图；

图5是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的无线通讯模块的发送端电路图；

图6是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的无线通讯模块的接收端电路图；

图7是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的底盘电机驱动的电路图；

图8是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的故障检测与车身诊断模块的5V电源电路图；

图9是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的故障检测与车身诊断模块的3.3V电源电路图；

图10是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的故障检测与车身诊断模块的12V电源电路图；

图11是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的故障检测与车身诊断模块的电源指示电路图；

图12是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的故障检测与车身诊断模块的电池电压检测电路图；

图13是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的防撞与避障传感器模块电路图；

图14是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的导航磁道的信息采集流程图；

图15是本发明基于RFID技术的物联网分拣系统的磁导航传感器接口电路图。

图中，1.运载车，2.导航磁道，3.仓储运输装置，4.车体，5.机械手臂，6.移栽装置，7.分控传送带，8.底盘，9.主控制器，10.上位机监控，11.无线通讯模块，12.底盘电机驱动，13.故障检测与车身诊断模块，14.防撞与避障传感器模块，15.射频定位标签，16.RFID读写器，17.CAN总线通信模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明基于RFID技术的物联网分拣系统，结构如图1、图2和图3所示，包括运载车1、导航磁道2和多个仓储运输装置3，所述运载车1包括车体4、机械手臂5和旋转式移载装置6，所述车体4和机械手臂5上均设置有主控制器9，所述移载装置6由三组分控传送带7组成，所述分控传送带7安装于可360度旋转的底盘8上，所述底盘8固定于车体4上。

主控制器9分别连接有无线通讯模块11、底盘电机驱动12、故障检测与车身诊断模块13、防撞与避障传感器模块14、射频定位标签15、RFID读写器16和CAN总线通信模块17连接，所述无线通讯模块11与上位机监控10连接。

主控制器9的电路如图4所示，采用STM32F103单片机，STM32F103是ST公司基于ARM最新Cortex-M3架构内核的32位处理器产品，内置128KB的Flash、20K的RAM、12位AD、4个16位定时器和3路USART通讯口等多种资源，时钟频率最高可达72MHz。

无线通讯模块11的电路如图5和图6所示，采用nRF24L01无线通信芯片，nRF24L01是NORDIC公司生产的一款无线通信芯片，采用FSK调制，集成NORDIC自家的Enhanced ShortBurst协议。可以实现点对点或是1对6的无线通信。无线通信速度最高可达到2Mbps。nRF24L01采用SPI通信，可以很方便的连接到MCU上面。用于实时返回机器人的电池组电压、运行状态和运行速度，模块工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。

底盘电机驱动12的电路如图7所示，采用IR2101驱动芯片，电机采用24V直流电机，IR2101是双通道、栅极驱动、高压高速功率驱动器，该器件采用了高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性。同时上管采用外部自举电容上电，使驱动电源数日较其他IC驱动大大减少，在工程上减少了控制变压器体积和电源数目，降低了产品成本，提高了系统可靠性。

故障检测与车身诊断模块13如图8～12所示，主要由电源管理和电压指示功能，U14LM2596-5提供5V的电压输出，U19LM2596-3.3提供3.3V的电压输出，M7812提供12V的电压输出，D10、D12、D14、D15分别指示各电压工作情况，如有异常其指示灯发出红色报警指示。

LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，用于为控制系统提供电源，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V，可调版本可以输出小于37V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。

LM258内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。应用LM258I/V转换电路,这个电路由两线制电流变送器产生的4～20mA电流与5V以及取样电阻形成电流回路，从而在取样电阻上产生一个1-5V压降，并将此电压值输入到放大器LM258的3脚。电阻分压电路用在集成电路LM258的2脚产生一个固定的电压值，用于抵消在取样电阻上4mA电流产生的压降。所以当两线制电流变送器为最小值4mA时，LM258的3脚与2脚电压差基本为0V。LM258与其相连接的电阻构成可调整电压放大电路，将电流在取样电阻上的电压值进行放大并通过LM258的1脚输出至模拟/数字转换电路，供单片机读入。

防撞与避障传感器模块14如图13所示，采用KS103传感器模块，KS103共五个针脚，标识有：VCC、SDA、SCL、GND及MODE，其中VCC用于连接+5V(3.0～5.5V范围均可)电源，GND用于连接电源地，SDA是I2C通信的数据线，SCL是I2C通信的时钟线。SCL及SDA线均需要由主机接一个4.7K电阻到VCC。上图中P7插座中1、2连通，3、4连通，5、6连通，7、8连通。3、5分别接单片机PA2、PA3，1、7分别接电源和接地。P15、P16插座分别接两个KS103超声波。

射频定位标签15含有不同的定位信息，定位信息大致分为：交叉路口、仓储ID两种，系统通过RFID阅读器读取该信息预判前方道路情况。

RFID读写器16采用JT900A一体化读写器，所述RFID读写器16由RFID读写模块、射频天线、射频电缆、通讯电缆和个人计算机或服务器组成，其中RFID读写器是远程无线射频识别系统的关键部件，读写器适用于读和写符合国际标准通信协议的电子卷标。

CAN总线通信模块17包括CAN总线控制器和CAN总线收发器，STM32内部集成了CAN总线控制器，选用通用CAN总线收发器芯片，将芯片的3.3V逻辑信号转换成CAN总线的差分电压信号。

导航磁道2的信息采集如图14所示，依赖于磁导航传感器，磁导航传感器采用AGV16位CCF-16，磁导航传感器模块将采集磁条路径的信息，输入到单片机的AD转化电路，并进行数据的处理，将处理后的数据用于电机速度控制的判断依据，连接在连接器P10上，磁导航传感器的接口如图15所示，RX、TX、VCC、GND分别连接单片机UART5_RX(54)、UART5_TX(54)、5V、GND上采集磁道信息。磁导航传感器技术利用磁道钉的磁场特性研究磁信号检测、车辆与磁道钉之间相对运动于一体的试验平台。在此平台上模拟实地的车辆磁道钉导航自动驾驶设计车辆的直线运动、S形运动以及加速等运动模式，并编写软件程序实现功能需求。

本发明基于RFID技术的物联网分拣系统，车体4和机械手臂5分别由不同的主控制器9控制，实现分拣货物、搬运货物到车体4上的移载装置6上，移载装置6可放置三种不同类型的货物，当运行至对应工位或仓库时，可转动传送装置将货物一次性运送到对应位置的仓储运输装置3上，提高运送效率。

本发明基于RFID技术的物联网分拣系统，主要由STM32单片机作为主控单元，运行于厂区各个工位或仓库之间，行进由主控制器9的主控单元驱动底盘8上的电机，运行轨迹采用磁导航的导航磁道2，工位或仓库采用射频定位标签15定位，货物采用射频标签标注，根据上位机系统分类指令，分拣系统将对应货物通过机械手臂5搬运到运载车1上，通过磁导航行进寻找工位或仓库，在运行中比较货物标签和仓库标签的一致性，校验一致时，运载车体停下入位，由移载装置6将对应货物传送至对应工位或仓库中，进行下一条指令执行或返回。运行中防撞与避障传感器模块14的障碍物检测和系统自身故障诊断开启，有声光报警提示，上位机和下位机通过无线连接，上位机可以对下位机进行运行操作、指令下达、运行状态监控、数据采集和备份等功能。

运行系统采用电池供应动力，在工位或仓库停止位置放置有充电插座，在装卸过程中可以实现充电及电池和市电运行转换功能，在系统电量不足时可以自主就近寻位充电。整个系统可实现无人化运行，分拣准确，运行高效，绿色环保，能显著提升经济效益。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.基于RFID技术的物联网分拣系统，其特征在于，包括运载车(1)、导航磁道(2)和多个仓储运输装置(3)，所述运载车(1)包括车体(4)、机械手臂(5)和旋转式移载装置(6)，所述车体(4)和机械手臂(5)上均设置有主控制器(9)，所述移载装置(6)由三组分控传送带(7)组成，所述分控传送带(7)安装于可360度旋转的底盘(8)上，所述底盘(8)固定于车体(4)上。

2.根据权利要求1所述的基于RFID技术的物联网分拣系统，其特征在于，所述主控制器(9)分别连接有无线通讯模块(11)、底盘电机驱动(12)、故障检测与车身诊断模块(13)、防撞与避障传感器模块(14)、射频定位标签(15)、RFID读写器(16)和CAN总线通信模块(17)连接，所述无线通讯模块(11)与上位机监控(10)连接。

3.根据权利要求2所述的基于RFID技术的物联网分拣系统，其特征在于，所述主控制器(9)采用STM32F103单片机。

4.根据权利要求2所述的基于RFID技术的物联网分拣系统，其特征在于，所述无线通讯模块(11)采用nRF24L01无线通信芯片。

5.根据权利要求2所述的基于RFID技术的物联网分拣系统，其特征在于，所述底盘电机驱动(12)采用IR2101驱动芯片，电机采用24V直流电机。

6.根据权利要求2所述的基于RFID技术的物联网分拣系统，其特征在于，所述防撞与避障传感器模块(14)采用KS103传感器模块。

7.根据权利要求2所述的基于RFID技术的物联网分拣系统，其特征在于，所述RFID读写器(16)采用JT900A一体化读写器，所述RFID读写器(16)由RFID读写模块、射频天线、射频电缆、通讯电缆和个人计算机或服务器组成。

8.根据权利要求2所述的基于RFID技术的物联网分拣系统，其特征在于，所述CAN总线通信模块(17)包括CAN总线控制器和CAN总线收发器。