CN107368860A - 基于物联网技术的危废管理系统及其管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网技术的危废企业仓库管理系统，主要由RFID读写模块、步进电机控制器与驱动器、同步带滑台和上位机系统构成，将步进电机技术应用到同步滑台上，组成精确定位装置，该装置固定在化学品货架底部，并与RFID读写模块相结合，运行过程中装置精确定位化学品的摆放位置，通过读写模块获取化学品的存储状态信息，通过ZigBee网络与硬件部分联系，操控精确定位装置和RFID读写模块，该系统具有数据管理，管理员可查询仓库中化学品的信息、参数和各类指标。本发明具有克服了应用单一技术造成的局限性，使RDID技术的应用范围得到了推广和延伸，大大减少了仓库管理员与危险化学品接触的几率，降低了安全隐患的优点。

Description

基于物联网技术的危废管理系统及其管理方法

技术领域：

本发明涉及一种基于物联网技术的危废企业仓库管理系统及其管理方法。。

背景技术：

在我国化工产业飞速发展的大背景下，危险化学品的使用量与存储量都在不断增加。作为一种特殊商品，危险化学品自身具有很强的易爆、易燃、毒害、腐蚀、放射等性质，但是危险化学品安全管理水平并没有得到长足的发展，导致其在生产、经营、存储、运输、使用、废弃处理的过程中安全事故频发。在危险化学品安全管理的诸多环节中，危险化学品仓储管理环节的化学品存储量大，事故波及范围广，因此很多情况下危险化学品仓储环节的事故隐患比在生产、运输、使用、废弃处理环节中的要大很多。而在危险化学品仓储环节的管理中，混存问题和防盗问题是引起重大安全隐患的两个主要原因。

随着科技的发展，利用先进的物联网技术提高危险化学品生命周期监管的工作效率已然成为促进危险化学品安全生产事故良性发展的大趋势。

发明内容：

本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种克服了应用单一技术造成的局限性，使RDID技术的应用范围得到了推广和延伸，大大减少了仓库管理员与危险化学品接触的几率，降低了安全隐患的基于物联网技术的危废企业仓库管理系统

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于物联网技术的危废企业仓库管理系统，所述危废企业仓库管理系统包括RFID读写模块、步进电机控制器、驱动器、同步带滑台、上位机系统和设于化学品货架底部的电子标签，将步进电机技术应用到同步滑台上，组成精确定位装置，所述精确定位装置设有与所述电子标签相匹配的RFID读写模块，所述精确定位装置用于精确定位化学品的摆放位置，并通过所述RFID读写模块读取该化学品的信息；所述上位机系统，通过通信网络控制所述精确定位装置读取化学品上的电子标签，并分析管理仓库中的化学品的信息。

本发明的进一步改进在于：所述RFID读写模块获取化学品信息是通过在读写模块天线获得载波信号之后，电子标签通过天线调谐器将信号发送至读写模块，从而获得标签中记录的化学品基本信息；

将电子标签镶嵌于化学品包装底部，并将化学品基本信息存入标签，待化学品入库验收后，仓库管理员将管理信息写入标签，待化学品入库验收后，仓库管理员将管理信息写入标签，综合考虑存储信息与FM1108型电子标签的存储结构，设计了化学品仓储信息存储结构，其中存储信息中的前9项有供应商在化学品出厂前存入电子标签指定位置，存储信息中的“摆放位置”和“进库时间”有仓库管理员在化学品入库后写入标签，“出库时间”和“领取员工编号”在化学品出库时由仓库管理员写入电子标签；

本发明的进一步改进在于：所述精确定位装置包括同步带滑台以及步进电机装置，所述同步带滑台包括滑道、滑设与所述滑道上的滑块以及与所述滑块固定连接的同步皮带，所述步进电机装置包括步进电机、步进电机驱动器以及步进电机控制器，所述步进电机的丝杆传动连接同步皮带的一端。

本发明的进一步改进在于：所述步进电机控制器通过通信网络接收上位机系统发出的指令，并将指令信号进一步转换，所述步进电机控制器采用STM32F10T6型单片机，5V/24V供电电源，所述步进电机控制器通过ZigBee无线传感网络接收上位机系统发出的信号指令，令信号以电信号的形式传输，然后所述步进电机控制器将此电信号转化为脉冲信号，并最终输送给步进电机驱动器。

本发明的进一步改进在于：所述步进电机驱动器根据步进电机控制器传输的信号控制步进电机的运行，所述步进电机驱动器为M542H型256细分步进电机驱动器，驱动方式采用高低压驱动，平均电流控制，两相正弦电流驱动输出，最大供电电压为24VDC，输出电流平均值为3.2A，峰值能够达到4.5A，静止时电流减半，所述步进电机驱动器接收一个脉冲信号，所述脉冲信号令步进电机将按照预先设定好的方向转动相应的角度，位移量由脉冲的个数决定，位移速度由脉冲的频率决定，通过脉冲频率也可以控制电机转动的速度与加速度，实现速度的可调控制。

本发明的进一步改进在于：RFID电子标签为FM1108非接触式电子标签，采用FM1108型芯片，标签存取容量为8Kbits，工作频率与读写模块相同的13.56MHz，以IS014443TYPE A为准，该型号电子标签分为16个扇区，扇区定义为扇区0至扇区15，每扇区两组密码并包含4个块，每个扇区的块被分为块0至块3，整个标签共有64个数据块，总共16个扇区的64个数据块按绝对地址编址为0-63，每个数据块具有16个字节的存储容量，每个扇区的地4个数据块，即块3，为控制块，用来存储该扇区的访问密码，此密码的作用是提供读取该扇区数据的访问权限，增加了标签信息的安全，控制块不能用来存储数据，如块3、7、11……；每个扇区的块0、块1、块2位存储信息的数据块，用于存储数据，整个电子标签共有16个块3，根据绝对地址编址，这些密码块被编为块3：在扇区0中，块7：在扇区1中，块11：在扇区2中，以及块63：在扇区15中……。

一种基于物联网技术的危废管理系统的管理方法，包括以下步骤：

A：入库前，将每份装有危险废弃物的货架上植入电子标签，并通过RFID读写模块将该危险废弃物的信息写入所述电子标签中；

B：入库时，通过RFID读写模块读取所述电子标签中的信息，同时记录设有所述电子标签的危险废弃物的入库时间，RFID读写模块将读取的信息传输至危险废弃物管理平台，该危险废弃物管理平台将信息存储至数据库服务器中；

所述步骤B具体包括以下步骤：

a、精确定位装置上的可移动滑块位于同步带滑台的初始端，链接超级电容组的感应线圈位于无线充电发射模块的感应区域内，此时无线充电发射模块对超级电容组充电；

b、上位机控制系统通过ZigBee无线传感网络发出巡检指令，ZigBee无线传感网络节点接收指令，并将其发送至步进电机控制器；

c、步进电机控制器将指令信号转化为脉冲信号传输至步进电机驱动器，步进电机驱动器控制补给点击运行，使可移动滑块在直线方向上向系统指定的位置移动，感应线圈随可移动滑块移动至无线充电发射模块的感应范围外后，已充电的超级电容组为射频识别读写模块和ZigBee无线传感网络节点供电；

d、可移动滑块移动到指定化学品包装正下方后停止，上位机控制系统通过ZigBee无线传感网络终端发出查询命令，ZigBee无线传感网络节点接收指令，并将其发送至RFID读写模块；

e、RFID读写模块读取镶嵌于化学品包装的底部的射频识别电子标签的信息，并将获取数据通过ZigBee无线传感网络节点发出，ZigBee无线传感网络终端接收数据后将其传输至上位机控制系统，上位机控制系统将获得的数据存储到数据库中。

C：出库时，通过RFID读写模块读取所述电子标签中的信息，同时记录设有所述电子标签的危险废弃物的出库时间，RFID读写模块将读取的信息传输至危险废弃物管理平台，该危险废弃物管理平台将信息存储至数据库服务器中；

D：危险废弃物运输车辆进入，RFID读写模块读取所述运输车辆的RFID电子标签信息，并将该运输车辆的RFID电子标签信息发送到危险废弃物管理平台。

所述步骤d具体包括以下步骤：

a、产生单位的第一RFID 识别模块识别所述运输车辆的RFID 标签信息，并将该运输车辆的RFID 标签信息和本单位的固定编号发送到监控管理服务平台；

b、监控管理服务平台生成一电子联单编号，所述电子联单编号与所述运输车辆、所述产生单位相关联，并且唯一确定；

c、产生单位的第一危险废物采集终端采集待运输的危险废物信息，发送至监控管理服务平台，同时将该危险废物信息写入运输车辆上盛放危险废物的容器的RFID 标签；

d、监控管理服务平台生成电子联单内容并注册备案，运输车辆和产生单位分别下载打印“运输单位电子联单”和“产生单位电子联单”；

e、运输车辆将危险废物从产生单位运送至危险废物接收单位，接收单位的第二RFID识别模块识别所述运输车辆的RFID标签信息，并将该运输车辆的RFID 标签信息和本接收单位的固定编号上报给监控管理服务平台；

f、接收单位的第二危险废物采集终端采集所收到的危险废物的信息，并将该信息与所述运输车辆上危险废物容器的RFID 标签信息进行比对，并将比对结果上报给所述监控管理服务平台；

g、如果比对结果一致，则监控管理服务平台生成“接收单位电子联单”供接收单位下载打印；如果比对结果不一致，则监控管理服务平台返回错误提示。

本发明与现有技术相比具有以下优点：将RFID技术、ZigBee无线传感网络技术、步进电机精确定位技术、无线充电技术等多项技术相融合应用到危险化学品仓储管理中，将RFID技术应用至危险化学品仓库日常的实时监控中，有效地以装置的只能巡检代替了管理员的人工排查，克服了应用单一技术造成的局限性，使RDID技术的应用范围得到了推广和延伸。该系统大大减少了仓库管理员与危险化学品接触的几率，降低了安全隐患。

附图说明：

图1为本管理方法的流程图。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

本发明一种基于物联网技术的危废管理系统的实施方式：所述危废企业仓库管理系统包括RFID读写模块、步进电机控制器、驱动器、同步带滑台、上位机系统和设于化学品货架底部的电子标签，将步进电机技术应用到同步滑台上，组成精确定位装置，所述精确定位装置设有与所述电子标签相匹配的RFID读写模块，所述精确定位装置用于精确定位化学品的摆放位置，并通过所述RFID读写模块读取该化学品的信息；所述上位机系统，通过通信网络控制所述精确定位装置读取化学品上的电子标签，并分析管理仓库中的化学品的信息；

所述RFID读写模块获取化学品信息是通过在读写模块天线获得载波信号之后，电子标签通过天线调谐器将信号发送至读写模块，从而获得标签中记录的化学品基本信息；将电子标签镶嵌于化学品包装底部，并将化学品基本信息存入标签，待化学品入库验收后，仓库管理员将管理信息写入标签，待化学品入库验收后，仓库管理员将管理信息写入标签，综合考虑存储信息与FM1108型电子标签的存储结构，设计了化学品仓储信息存储结构，其中存储信息中的前9项有供应商在化学品出厂前存入电子标签指定位置，存储信息中的“摆放位置”和“进库时间”有仓库管理员在化学品入库后写入标签，“出库时间”和“领取员工编号”在化学品出库时由仓库管理员写入电子标签；RFID电子标签为FM1108非接触式电子标签，采用FM1108型芯片，标签存取容量为8Kbits，工作频率与读写模块相同的13.56MHz，以IS014443 TYPE A为准，该型号电子标签分为16个扇区，扇区定义为扇区0至扇区15，每扇区两组密码并包含4个块，每个扇区的块被分为块0至块3，整个标签共有64个数据块，总共16个扇区的64个数据块按绝对地址编址为0-63，每个数据块具有16个字节的存储容量，每个扇区的地4个数据块，即块3，为控制块，用来存储该扇区的访问密码，此密码的作用是提供读取该扇区数据的访问权限，增加了标签信息的安全，控制块不能用来存储数据，如块3、7、11……；每个扇区的块0、块1、块2位存储信息的数据块，用于存储数据，整个电子标签共有16个块3，根据绝对地址编址，这些密码块被编为块3：在扇区0中，块7：在扇区1中，块11：在扇区2中，以及块63：在扇区15中……；

所述精确定位装置包括同步带滑台以及步进电机装置，所述同步带滑台包括滑道、滑设与所述滑道上的滑块以及与所述滑块固定连接的同步皮带，所述步进电机装置包括步进电机、步进电机驱动器以及步进电机控制器，所述步进电机的丝杆传动连接同步皮带的一端；

所述步进电机控制器通过通信网络接收上位机系统发出的指令，并将指令信号进一步转换，所述步进电机控制器采用STM32F10T6型单片机，5V/24V供电电源，所述步进电机控制器通过ZigBee无线传感网络接收上位机系统发出的信号指令，令信号以电信号的形式传输，然后所述步进电机控制器将此电信号转化为脉冲信号，并最终输送给步进电机驱动器；

所述步进电机驱动器根据步进电机控制器传输的信号控制步进电机的运行，所述步进电机驱动器为M542H型256细分步进电机驱动器，驱动方式采用高低压驱动，平均电流控制，两相正弦电流驱动输出，最大供电电压为24VDC，输出电流平均值为3.2A，峰值能够达到4.5A，静止时电流减半，所述步进电机驱动器接收一个脉冲信号，所述脉冲信号令步进电机将按照预先设定好的方向转动相应的角度，位移量由脉冲的个数决定，位移速度由脉冲的频率决定，通过脉冲频率也可以控制电机转动的速度与加速度，实现速度的可调控制；

一种基于物联网技术的危废管理系统的管理方法，包括以下步骤：

A：入库前，将每份装有危险废弃物的货架上植入电子标签，并通过RFID读写模块将该危险废弃物的信息写入所述电子标签中；

B：入库时，通过RFID读写模块读取所述电子标签中的信息，同时记录设有所述电子标签的危险废弃物的入库时间，RFID读写模块将读取的信息传输至危险废弃物管理平台，该危险废弃物管理平台将信息存储至数据库服务器中；

所述步骤b具体包括以下步骤：

a、精确定位装置上的可移动滑块位于同步带滑台的初始端，链接超级电容组的感应线圈位于无线充电发射模块的感应区域内，此时无线充电发射模块对超级电容组充电；

b、上位机控制系统通过ZigBee无线传感网络发出巡检指令，ZigBee无线传感网络节点接收指令，并将其发送至步进电机控制器；

c、步进电机控制器将指令信号转化为脉冲信号传输至步进电机驱动器，步进电机驱动器控制补给点击运行，使可移动滑块在直线方向上向系统指定的位置移动，感应线圈随可移动滑块移动至无线充电发射模块的感应范围外后，已充电的超级电容组为射频识别读写模块和ZigBee无线传感网络节点供电；

d、可移动滑块移动到指定化学品包装正下方后停止，上位机控制系统通过ZigBee无线传感网络终端发出查询命令，ZigBee无线传感网络节点接收指令，并将其发送至RFID读写模块；

e、RFID读写模块读取镶嵌于化学品包装的底部的射频识别电子标签的信息，并将获取数据通过ZigBee无线传感网络节点发出，ZigBee无线传感网络终端接收数据后将其传输至上位机控制系统，上位机控制系统将获得的数据存储到数据库中。

C：出库时，通过RFID读写模块读取所述电子标签中的信息，同时记录设有所述电子标签的危险废弃物的出库时间，RFID读写模块将读取的信息传输至危险废弃物管理平台，该危险废弃物管理平台将信息存储至数据库服务器中；

D：危险废弃物运输车辆进入，RFID读写模块读取所述运输车辆的RFID电子标签信息，并将该运输车辆的RFID电子标签信息发送到危险废弃物管理平台。

所述步骤D具体包括以下步骤：

a、产生单位的第一RFID识别模块识别所述运输车辆的RFID 标签信息，并将该运输车辆的RFID标签信息和本单位的固定编号发送到监控管理服务平台；

b、监控管理服务平台生成一电子联单编号，所述电子联单编号与所述运输车辆、所述产生单位相关联，并且唯一确定；

c、产生单位的第一危险废物采集终端采集待运输的危险废物信息，发送至监控管理服务平台，同时将该危险废物信息写入运输车辆上盛放危险废物的容器的RFID标签；

d、监控管理服务平台生成电子联单内容并注册备案，运输车辆和产生单位分别下载打印“运输单位电子联单”和“产生单位电子联单”；

e、运输车辆将危险废物从产生单位运送至危险废物接收单位，接收单位的第二RFID识别模块识别所述运输车辆的RFID标签信息，并将该运输车辆的RFID 标签信息和本接收单位的固定编号上报给监控管理服务平台；

f、接收单位的第二危险废物采集终端采集所收到的危险废物的信息，并将该信息与所述运输车辆上危险废物容器的RFID 标签信息进行比对，并将比对结果上报给所述监控管理服务平台；

g、如果比对结果一致，则监控管理服务平台生成“接收单位电子联单”供接收单位下载打印；如果比对结果不一致，则监控管理服务平台返回错误提示。

本发明将RFID技术、ZigBee无线传感网络技术、步进电机精确定位技术、无线充电技术等多项技术相融合应用到危险化学品仓储管理中，通过ZigBee网络与硬件部分联系，操控精确定位装置和RFID读写模块，该系统具有数据管理，管理员可查询仓库中化学品的信息、参数和各类指标，将RFID技术应用至危险化学品仓库日常的实时监控中，有效地以装置的只能巡检代替了管理员的人工排查，克服了应用单一技术造成的局限性，使RDID技术的应用范围得到了推广和延伸，大大减少了仓库管理员与危险化学品接触的几率，降低了安全隐患。

申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的实现方法及装置结构，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开的范围之内。

本发明并不限于上述实施方式，凡采用和本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有方式，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于物联网技术的危废管理系统，其特征在于：所述危废企业仓库管理系统包括RFID读写模块、步进电机控制器、驱动器、同步带滑台、上位机系统和设于化学品货架底部的电子标签，所述同步带滑台与步进电机相连，组成精确定位装置，在所述精确定位装置上设有与所述电子标签相匹配的RFID读写模块，所述精确定位装置用于精确定位化学品的摆放位置，并通过所述RFID读写模块读取该化学品的信息；所述上位机系统，通过通信网络控制所述精确定位装置读取化学品上的电子标签，并分析管理仓库中的化学品的信息。

2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的危废管理系统，其特征在于：所述RFID读写模块获取化学品信息是通过在读写模块天线获得载波信号之后，电子标签通过天线调谐器将信号发送至读写模块，从而获得标签中记录的化学品基本信息。

3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的危废管理系统，其特征在于：所述精确定位装置包括同步带滑台以及步进电机装置，所述同步带滑台包括滑道、滑设与所述滑道上的滑块以及与所述滑块固定连接的同步皮带，所述步进电机装置包括步进电机、步进电机驱动器以及步进电机控制器，所述步进电机的丝杆传动连接同步皮带的一端。

4.根据权利要求3所述的的基于物联网技术的危废管理系统，其特征在于：所述步进电机控制器通过通信网络接收上位机系统发出的指令，并将指令信号进一步转换，所述步进电机控制器采用STM32F10T6型单片机，令信号以电信号的形式传输，然后所述步进电机控制器将此电信号转化为脉冲信号，并最终输送给步进电机驱动器。

5.根据权利要求2所述的基于 物联网技术的危废企业仓库管理系统，其特征在于：RFID电子标签为FM1108非接触式电子标签。

6.根据权利要求5所述的基于物联网技术的危废企业仓库管理系统，其特征在于：所述FM1108非接触式电子标签，采用FM1108型芯片，标签存取容量为8Kbits，工作频率与读写模块相同的13.56MHz，以IS014443 TYPE A为准，该型号电子标签分为16个扇区，扇区定义为扇区0至扇区15，每扇区两组密码并包含4个块，每个扇区的块被分为块0至块3，整个标签共有64个数据块，总共16个扇区的64个数据块按绝对地址编址为0-63，每个数据块具有16个字节的存储容量，每个扇区的地4个数据块，即块3，为控制块，用来存储该扇区的访问密码，此密码提供读取该扇区数据的访问权限，增加标签信息的安全；每个扇区的块0、块1、块2位存储信息的数据块，用于存储数据。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于物联网技术的危废管理系统的管理方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：入库前，将每份装有危险废弃物的货架上植入电子标签，并通过RFID读写模块将该危险废弃物的信息写入所述电子标签中；

B：入库时，通过RFID读写模块读取所述电子标签中的信息，同时记录设有所述电子标签的危险废弃物的入库时间，RFID读写模块将读取的信息传输至危险废弃物管理平台，该危险废弃物管理平台将信息存储至数据库服务器中；

C：出库时，通过RFID读写模块读取所述电子标签中的信息，同时记录设有所述电子标签的危险废弃物的出库时间，RFID读写模块将读取的信息传输至危险废弃物管理平台，该危险废弃物管理平台将信息存储至数据库服务器中；

D：危险废弃物运输车辆进入，RFID读写模块读取所述运输车辆的RFID电子标签信息，并将该运输车辆的RFID电子标签信息发送到危险废弃物管理平台。

8.根据权利要求7所述的一种基于物联网技术的危废管理系统的管理方法，其特征在于：所述步骤B具体包括以下步骤：

a、精确定位装置上的可移动滑块位于同步带滑台的初始端，链接超级电容组的感应线圈位于无线充电发射模块的感应区域内，此时无线充电发射模块对超级电容组充电；

b、上位机控制系统通过ZigBee无线传感网络发出巡检指令，ZigBee无线传感网络节点接收指令，并将其发送至步进电机控制器；

c、步进电机控制器将指令信号转化为脉冲信号传输至步进电机驱动器，步进电机驱动器控制补给点击运行，使可移动滑块在直线方向上向系统指定的位置移动，感应线圈随可移动滑块移动至无线充电发射模块的感应范围外后，已充电的超级电容组为射频识别读写模块和ZigBee无线传感网络节点供电；

d、可移动滑块移动到指定化学品包装正下方后停止，上位机控制系统通过ZigBee无线传感网络终端发出查询命令，ZigBee无线传感网络节点接收指令，并将其发送至RFID读写模块；

e、RFID读写模块读取镶嵌于化学品包装的底部的射频识别电子标签的信息，并将获取数据通过ZigBee无线传感网络节点发出，ZigBee无线传感网络终端接收数据后将其传输至上位机控制系统，上位机控制系统将获得的数据存储到数据库中。

9.根据权利要求7所述的一种基于物联网技术的危废管理方法，其特征在于：所述步骤D具体包括以下步骤：

a、产生单位的第一RFID 识别模块识别所述运输车辆的RFID 标签信息，并将该运输车辆的RFID 标签信息和本单位的固定编号发送到监控管理服务平台；

b、监控管理服务平台生成一电子联单编号，所述电子联单编号与所述运输车辆、所述产生单位相关联，并且唯一确定；

c、产生单位的第一危险废物采集终端采集待运输的危险废物信息，发送至监控管理服务平台，同时将该危险废物信息写入运输车辆上盛放危险废物的容器的RFID 标签；

d、监控管理服务平台生成电子联单内容并注册备案，运输车辆和产生单位分别下载打印“运输单位电子联单”和“产生单位电子联单”；

e、运输车辆将危险废物从产生单位运送至危险废物接收单位，接收单位的第二RFID识别模块识别所述运输车辆的RFI D 标签信息，并将该运输车辆的RFID 标签信息和本接收单位的固定编号上报给监控管理服务平台；

f、接收单位的第二危险废物采集终端采集所收到的危险废物的信息，并将该信息与所述运输车辆上危险废物容器的RFID 标签信息进行比对，并将比对结果上报给所述监控管理服务平台；

g、如果比对结果一致，则监控管理服务平台生成“接收单位电子联单”供接收单位下载打印；如果比对结果不一致，则监控管理服务平台返回错误提示。