CN207281816U - 一种低功耗网络自适应仓库管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及仓库管理领域，具体是一种低功耗网络自适应仓库管理系统，具有与仓库内物资匹配的电子标签、定位网关、仓库网关、动态管理云平台以及应用操作平台，所述定位网关与电子标签之间采用蓝牙通讯，且每个定位网关均匹配通讯有多个电子标签，所述定位网关与仓库网关之间采用LoRaWAN协议通讯，所述仓库网关与动态管理云平台之间采用有线网络或4G无线通讯，所述动态管理云平台具有物资数据库，物资数据库内存储有仓库内每一个物资的信息；本实用新型具有低功耗、定位精度高、方便布置等特点，采用全局自适应动态编码和全局最优主动握手定位方式，实现了定位网关与电子标签之间自动最优化识别和配对，大大降低了人工维护成本，具有极好的推广前景。

Description

一种低功耗网络自适应仓库管理系统

技术领域

本实用新型涉及仓库管理领域，具体是一种低功耗网络自适应仓库管理系统。

背景技术

大物流、大数据是“互联网+”时代的重要基石和标识，在大物流、大数据的背后需要大量先进高效的信息数据处理技术支撑。仓库作为产品的主要集中地，是大物流行业中起着至关重要的作用，而仓库的管理水平在一定程度上也反应出了一个国家或地区信息数据技术的发展水平。

在仓库管理方面，大致经历了人工管理和信息管理两个阶段：

在人工管理阶段，物品的入库记录、查询和盘点等作业均是通过人工来完成，这种管理方式在面对现代堆积如山的仓库物品时，低效率、高强度和高失误率等弊病使得这种传统的人工管理模式难以胜任仓库的管理需求；

为改变人工管理模式存在的突出问题，基于电子标签（标识卡）的仓库信息管理模式逐渐被提出，在信息管理模式中，物品的入库、出库、查询、盘点、定位和维护等信息均被写入电子标签中，并采用有线或者无线（通常采用ZigBee或WiFi）等通讯方式传输至管理系统中，仓库管理人员通过对电子标签信息的获取和分析，得到仓库内所存放的物品数量、状态和位置等属性数据，大大提高了仓库管理效率和水平；但是由于仓库内物品在存储过程中可能频繁改变物品的数量和位置，而仓库管理系统无法根据物品数量和位置的改变实时更新数据库，需要人工对位置变动的物品或者新增物品进行重新录入定位，否则就会导致仓库管理系统提供错误的物品信息给仓库管理人员。

近年来，为更好的适应大物流、大数据的发展，出现了对仓库物品的智能管理技术，这种智能管理技术能够实施跟踪电子标签，可以帮助仓库管理人员在仓库众多的物品中快速、准确的定位出所需的物品，同时当物品数量或位置发生变化时，自动更新仓库管理系统中的物品数据库，在一定程度上解决了传统信息管理系统数据库得不到及时更新的缺陷；

然而这种智能管理技术给人们带来便捷的同时，所付出的成本代价也是巨大的，因为为保持数据库的动态更新，需要对物品上的电子标签进行不间断的跟踪，同时电子标签则需要不间断的提供位置和状态信息给仓库管理系统，这样以来，电子标签以及接收电子标签信息的中间通讯设备（通常为基站或网关）需要不间断工作，耗能巨大，设备损耗也较大，造成很高的仓库管理维护成本；

当物品被大规模移动或仓库扩建或仓库改装等时，电子标签和与之对应的中间通讯设备也会发生变动，此时，需要人工对电子标签和中间通讯设备进行重新编码和匹配，这项工作的工作量巨大，会花费较高的人工维护成本。以船舶防污染的应急设备库为例，在一次应急反应处置行动中，会在短时间内动用大量应急设备，同时也会在应急设备库中补充大量新的应急设备，这样一来，由于时间紧急，会有大量原有的电子标签与中间通讯设备（网关）之间的通讯丢失，同时也会有大量新增的电子标签无法与中间通讯设备（网关）取得联系，导致仓库管理系统中数据库得不到及时更新，从而影响应急反应决策计划。

发明内容

为解决现有仓库管理系统中存在的通讯设备耗电量大、维护成本高、自动匹配适应性不强的问题，本实用新型提供一种耗电量低、物品定位准确、对电子标签的变化能够及时主动匹配适应的仓库管理系统。

本实用新型的具体方案为：一种低功耗网络自适应仓库管理系统，所述仓库动态管理系统具有绑定设置在仓库内每一个物资上的电子标签、布置在仓库内的多个用于收发电子标签信息的定位网关、安装在仓库内的用于收发定位网关信息的仓库网关、与仓库网关有线或无线通讯的动态管理云平台以及通讯连接动态管理云平台的应用操作平台，所述定位网关与电子标签之间采用蓝牙通讯，且每个定位网关均匹配通讯有多个电子标签，所述定位网关与仓库网关之间采用LoRaWAN协议通讯，所述仓库网关与动态管理云平台之间采用有线网或4G无线通讯，所述动态管理云平台具有物资数据库，物资数据库内存储有仓库内每一个物资的信息；所述应用操作平台可以直接登录动态管理云平台读取仓库内物资信息；

所述电子标签内置有主控芯片A，主控芯片A上集成有加速度传感器模块和蓝牙发送模块，所述主控芯片A内置有电子标签ID并每隔一预设时间自动发出心跳广播，所述加速度传感器模块用于检测和收集物资的动作状态信息，所述蓝牙发送模块根据加速度传感器模块检测到的动作状态信息广播电子标签的ID和动作状态信息；

所述定位网关内置有主控芯片B，主控芯片B上集成有蓝牙接收模块和LoRaWAN发送模块，所述蓝牙接收模块与主控芯片A上的蓝牙发送模块匹配通讯，所述LoRaWAN发送模块将接收到的电子标签ID、心跳广播和动作状态信息传输至仓库网关；

所述仓库网关内置有主控芯片C，主控芯片C上集成有LoRaWAN接收模块、网络通讯模块和4G无线通讯模块，所述LoRaWAN接收模块与主控芯片B上的LoRaWAN发送模块匹配通讯，网络通讯模块和/或4G无线通讯模块用于将仓库网关接收的信息传输至动态管理云平台；

所述动态管理云平台将仓库网关发送的电子标签ID、心跳广播和动作状态信息写入物资数据库，并对物资数据库内的物资信息进行动态更新；

所述电子标签通过蓝牙发送模块广播的标签信息会被多个定位网关接收到，在多个定位网关之间采用全局最优主动握手定位的方式自动匹配出其中一个位置与信号强度最优的定位网关，并将电子标签发出的标签信息传输至仓库网关；

所述定位网关与电子标签之间传输的标签信息字段采用全局自适应动态编码的方式进行编码，在全局自适应动态编码中，定位网关对覆盖范围内新增的电子标签进行自动识别和匹配并与仓库网关构成通讯连接；

在全局自适应动态编码中，电子标签ID、心跳广播和动作状态信息字段分别被编辑成电子标签ID数据包、心跳广播数据包和定位数据包；

所述电子标签ID数据包至少包括匹配ID、区域ID和物资ID，其中匹配ID用于电子标签与定位网关之间的蓝牙配对，区域ID用于标识物资存放的区域，物资ID用于匹配动态管理云平台物资数据库中的物资信息；

所述心跳广播数据包至少具有包类型、电子标签ID、标签动作状态和电量数据，其中包类型用于指明该数据包为心跳广播，电子标签ID用于指明具体的电子标签，标签动作状态用于指明货物是处于静止状态还是运动状态，电量数据包用于指明电子标签电量；

所述定位数据包至少具有包类型、电子标签ID和信号强度数据，其中包类型用于指明该数据包为定位广播，电子标签ID用于指明具体的电子标签，信号强度数据包用于指明电子标签的蓝牙信号强度。

本实用新型所述的应用操作平台至少具有状态显示界面、定位查询界面，在应用操作平台中具有数据分析模块，用于对动态管理云平台物资数据库的物资信息进行解析，获得各个物资的状态信息并显示在状态显示界面上；用户在定位查询界面输入物资查询条件信息，数据分析模块将物资查询条件信息解析为对物资数据库中物资进行定位查询的查询消息，并将查询结果显示在定位查询界面上；所述应用操作平台包括网页端应用平台和手机端应用平台。

本实用新型所述的应用操作平台具有异常报警界面，当动态管理云平台超过预设时间未收到电子标签发出的心跳广播，则在异常报警界面中显示对应的电子标签损坏故障；当动态管理云平台接收到的电子标签发出的心跳广播数据包内显示电量值低于预定值，则在异常报警界面中显示对应的电子标签或定位网关电量不足。

本实用新型所述的定位网关接收到的一定数量的电子标签发出的心跳广播同时发送至仓库网关。

本实用新型所述的定位网关将一段时间内接收到多个电子标签发出的心跳广播同时发送至仓库网关。

本实用新型所述的仓库网关主控芯片C内置的网络通讯模块包括有线通讯模块和无线通讯模块，仓库网关接收的信息通过有线通讯模块和无线通讯模块同时传输至动态管理云平台，或者采用有线通讯模块或无线通讯模块传输至动态管理云平台。

本实用新型所述的无线通讯模块为4G无线通讯模块。

本实用新型具备的优势在于：

1、较传统的ZigBee和WiFi无线传输方式而言，电子标签与定位网关之间采用蓝牙的通讯方式功耗更低，室内定位精度更高，通讯更可靠，并且蓝牙信号具备更好的衍射能力，避免了仓库内一些物品因存放的位置障碍物较多而丢失电子标签信号的问题。

2、传统仓库管理系统中，电子标签需要不间断的中间通讯设备发送物品动态信息，以便在仓库管理系统中查询该物品的动态信息；在本实用新型中，采用在电子标签的主控芯片A上内置加速度传感器的方式获取电子标签的运动信息，即只要物品被移动，电子标签就会将物品的运动信息发送给定位网关，而当物品静止时，电子标签只需要每隔一段时间（一般为1-1.5天） 向定位网关发送心跳广播即可，通过这种方式，电子标签的耗电量将会大幅度减小（使用普通纽扣电池的电子标签的使用寿命可达4-5年），设备的维护成本更加低廉。

3、定位网关与仓库网关之间采用LoRaWAN的无线传输方式，较其他传输方式，LoRaWAN具有作用距离远、抗干扰能力强（误码率低）、耗能低和灵敏度高的特点，基于这些特点，定位网关与仓库网关之间的信息传输更加稳定、可靠，使得定位网关在布设过程中的随意性和自由度更大，施工更加便捷。

4、对电子标签与定位网关的传输信号采用全局自适应动态编码，该编码采用边缘计算的核心算法，可实现以下优势功能：

①当定位网关作用范围内的电子标签数量发生变化时（比如在应急设备库中，应急设备被投入使用并消耗后，在应急设备库中补充新的应急设备），定位网关会对新增加的电子标签进行自动识别并匹配适应，该过程无需人工干预、匹配准确度高，降低了人工维护成本；

②当定位网关被转移至新的区域时（比如仓库需要重新布局），定位网关会对新区域内的电子标签自动识别并匹配，同时会对原作用区域内的电子标签信息进行保存，当原作用区域的电子标签信息被新的定位网关识别匹配后，该定位网关所保存的原区域内电子标签信息就会被自动删除，否则就会永久保存，该过程的完成同样无需人工干预，降低了人工维护成本。

5、电子标签与定位网关之间采用蓝牙传输模式，并基于全局自适应动态编码，开发全局最优主动握手定位方式，即当电子标签发出信号后，采取全局最优匹配的方式定位出位置最优、信号最优的定位网关，将电子标签信号转发至仓库网关，保证了信息传输的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的流程图。

图中:1-电子标签，2-定位网关，3-仓库网关，4-动态管理云平台，5-应用操作平台，6-网页端应用平台，7-手机端应用平台，51-状态显示界面，52-定位查询界面，53-异常报警界面。

具体实施方式

本实施例中，一种低功耗网络自适应仓库管理系统，所述仓库动态管理系统具有绑定设置在仓库内每一个物资上的电子标签1、布置在仓库内的多个用于收发电子标签1信息的定位网关2、安装在仓库内的用于收发定位网关2信息的仓库网关3、与仓库网关3无线通讯的动态管理云平台4以及通讯连接动态管理云平台4的应用操作平台5，该应用操作平台5包括网页端应用平台6和手机端应用平台7。

本实施例中，在动态管理云平台4中建立了包含仓库内所有物资的数据库，该数据库对每一件物资进行编号，并对每件物资的类型、性能参数、功能等属性信息与对应的编号同时储存；

所述定位网关2与电子标签1之间采用蓝牙通讯，在每个定位网关2的作用范围内均匹配通讯有多个电子标签1，其中电子标签1内置有主控芯片A，主控芯片A上集成有三轴加速度传感器模块和蓝牙发送模块，所述主控芯片A内置有电子标签ID，电子标签1通过电子标签ID对定位网关2进行匹配并通讯；

所述三轴加速度传感器模块用于检测和收集电子标签的动作状态信息，即当检测到电子标签1运动时，会上报给定位网关2运动广播，并且当三轴加速度传感器检测到目标静止后，也会上报给定位网格2静止广播，电子标签通过上报运动/静止广播判断出仓库物资的动静状态；当电子标签1处于长期静止状态时，主控芯片A会每隔24-36小时随机向定位网关2发出心跳广播，以表明电子标签1工作状态以及所绑定物资的状态；

在定位网关2上内置有主控芯片B，主控芯片B上集成有蓝牙接收模块，该蓝牙接收模块用于接收电子标签1发送的电子标签ID、运动广播和心跳广播；为降低定位网关2的功耗，定位网关2会等待采集到一定量的心跳广播或达到一定时间以后（目前为一天）再发送将电子标签1心跳广播发送至仓库网关3。

本实施例中，电子标签ID、运动广播和心跳广播的信息字段采用全局自适应动态编码，该编码采用边缘计算的核心算法，可实现以下优势功能：

①当定位网关2作用范围内的电子标签1数量发生变化时（比如，在应急设备库中，应急设备被投入使用并消耗后，在应急设备库中补充新的应急设备），定位网关2会对新增加的电子标签1进行自动识别并匹配适应，该过程无需人工干预；

②当定位网关2被转移至新的区域时（比如仓库需要重新布局），定位网关会对新区域内的电子标签1自动识别并匹配，同时会对原作用区域内的电子标签1信息进行保存，当原作用区域的电子标签1信息被新的定位网关2识别匹配后，该定位网关2所保存的原区域内电子标签1信息就会被自动删除，否则就会永久保存，该过程同样无需人工干预；

为实现全局自适应动态编码的以上功能，电子标签ID、心跳广播、和运动广播的信息字段需要分别编辑成电子标签ID数据包、运动广播数据包和心跳广播数据包，各种数据包需要遵从以下格式进行编码：

①电子标签ID数据包由匹配ID、区域ID和物资ID组成，其中匹配ID用于电子标签1与定位网关2设备之间的蓝牙匹配，区域ID用于标识物资存放的区域，物资ID用于匹配动态管理云平台4物资数据库中物资信息的编号；

②心跳广播由包类型、电子标签ID和电量数据组成，其中包类型用于指明该数据包为心跳广播，电子标签ID用于指明具体的电子标签1，电量数据包用于指明电子标签1电量。

本实施例中，对心跳广播数据包进行举例说明：心跳广播数据包的信息字段为：“a0010000008a5f01ffff00815a”，对该信息字段的解析如下表1所示：

表1心跳广播数据包解析

③运动广播数据包由包类型、电子标签ID和信号强度数据，其中包类型用于指明该数据包为运动广播，电子标签ID用于指明具体的电子标签，信号强度数据包用于指明电子标签1的运动状态（由三轴加速传感器提供）。

本实施例中，对运动广播数据包进行举例说明：运动广播数据包的信息字段为：“a0010000008ad301ffff008153”，对该信息字段的解析如下表2所示：

表2运动广播数据包解析

此外，基于所述全局自适应动态编码，在电子标签1与定位网关2之间采用全局最优主动握手定位方式，即当电子标签1发出信号后，采取全局最优匹配的方式自动定位出位置最优、信号最优的定位网关2，并将电子标签1信号转发至仓库网关3，以保证信息传输的稳定性和可靠性。

本实施例中，所述定位网关2主控芯片B上还集成LoRaWAN发送模块，该LoRaWAN发送模块将接收到的电子标签ID、心跳广播和运动广播传输至仓库网关3；

所述仓库网关3内置有主控芯片C，主控芯片C上集成有LoRaWAN接收模块和4G无线通讯模块，所述LoRaWAN接收模块与主控芯片B上的LoRaWAN发送模块匹配通讯，4G无线通讯模块用于将仓库网关3接收的信息传输至动态管理云平台4；所述动态管理云平台4将仓库网关发送的电子标签ID、心跳广播和动作状态信息写入物资数据库，并对物资数据库内的物资信息进行动态更新。

本实施例中，与动态管理云平台4通讯连接的应用操作平台5具有状态显示界面51、定位查询界面52和异常报警界面53，在应用操作平台5中具有数据分析模块，用于对动态管理云平台4物资数据库的物资信息进行解析，获得各个物资的状态信息并显示在状态显示界面51上；用户在定位查询界面52输入物资查询条件信息，数据分析模块将物资查询条件信息解析为对物资数据库中物资进行定位查询的查询消息，并将查询结果显示在定位查询界面52上。

本实施例中，当动态管理云平台4超过预设时间未收到电子标签1发出的心跳广播，则在异常报警界面53中显示对应的电子标签1损坏故障；当动态管理云平台4接收到的电子标签1发出的心跳广播数据包内显示电量值低于预定值，则在异常报警界面53中显示对应的电子标签1或定位网关2电量不足。

Claims (7)

1.一种低功耗网络自适应仓库管理系统，其特征在于：所述仓库动态管理系统具有绑定设置在仓库内每一个物资上的电子标签、布置在仓库内的多个用于收发电子标签信息的定位网关、安装在仓库内的用于收发定位网关信息的仓库网关、与仓库网关无线通讯的动态管理云平台以及通讯连接动态管理云平台的应用操作平台，所述定位网关与电子标签之间采用蓝牙通讯，且每个定位网关均匹配通讯有多个电子标签，所述定位网关与仓库网关之间采用LoRaWAN协议通讯，所述仓库网关与动态管理云平台之间采用网络通讯，所述动态管理云平台具有物资数据库，物资数据库内存储有仓库内每一个物资的信息；所述应用操作平台可以直接登录动态管理云平台读取仓库内物资信息；

所述电子标签内置有主控芯片A，主控芯片A上集成有加速度传感器模块和蓝牙发送模块，所述主控芯片A内置有电子标签ID并每隔一预设时间自动发出心跳广播，所述加速度传感器模块用于检测和收集物资的动作状态信息，所述蓝牙发送模块根据加速度传感器模块检测到的动作状态信息广播电子标签ID和动作状态信息；

所述定位网关内置有主控芯片B，主控芯片B上集成有蓝牙接收模块和LoRaWAN发送模块，所述蓝牙接收模块与主控芯片A上的蓝牙发送模块匹配通讯，所述LoRaWAN发送模块将接收到的电子标签ID、心跳广播和动作状态信息传输至仓库网关；

所述仓库网关内置有主控芯片C，主控芯片C上集成有LoRaWAN接收模块和网络通讯模块，所述LoRaWAN接收模块与主控芯片B上的LoRaWAN发送模块匹配通讯，网络通讯模块用于将仓库网关接收的信息传输至动态管理云平台；

所述动态管理云平台将仓库网关发送的电子标签ID、心跳广播和动作状态信息写入物资数据库，并对物资数据库内的物资信息进行动态更新；

所述电子标签通过蓝牙发送模块广播的标签信息会被多个定位网关接收到，在多个定位网关之间采用全局最优主动握手定位的方式自动匹配出其中一个位置与信号强度最优的定位网关，并将电子标签发出的标签信息传输至仓库网关；

所述定位网关与电子标签之间传输的标签信息字段采用全局自适应动态编码的方式进行编码，在全局自适应动态编码中，定位网关对覆盖范围内新增的电子标签进行自动识别和匹配并与仓库网关构成通讯连接；

在全局自适应动态编码中，电子标签ID、心跳广播和动作状态信息字段分别被编辑成电子标签ID数据包、心跳广播数据包和定位数据包；

所述电子标签ID数据包至少包括匹配ID、区域ID和物资ID，其中匹配ID用于电子标签与定位网关之间的蓝牙配对，区域ID用于标识物资存放的区域，物资ID用于匹配动态管理云平台物资数据库中的物资信息；

所述心跳广播数据包至少具有包类型、电子标签ID、标签动作状态和电量数据，其中包类型用于指明该数据包为心跳广播，电子标签ID用于指明具体的电子标签，标签动作状态用于指明物资是处于静止状态还是运动状态，电量数据包用于指明电子标签电量；

所述定位数据包至少具有包类型、电子标签ID和信号强度数据，其中包类型用于指明该数据包为定位广播，电子标签ID用于指明具体的电子标签，信号强度数据包用于指明电子标签的蓝牙信号强度。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗网络自适应仓库管理系统，其特征在于：所述应用操作平台至少具有状态显示界面、定位查询界面，在应用操作平台中具有数据分析模块，用于对动态管理云平台物资数据库的物资信息进行解析，获得各个物资的状态信息并显示在状态显示界面上；用户在定位查询界面输入物资查询条件信息，数据分析模块将物资查询条件信息解析为对物资数据库中物资进行定位查询的查询消息，并将查询结果显示在定位查询界面上；所述应用操作平台包括网页端应用平台和手机端应用平台。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗网络自适应仓库管理系统，其特征在于：所述应用操作平台具有异常报警界面，当动态管理云平台超过预设时间未收到电子标签发出的心跳广播，则在异常报警界面中显示对应的电子标签损坏故障；当动态管理云平台接收到的电子标签发出的心跳广播数据包内显示电量值低于预定值，则在异常报警界面中显示对应的电子标签或定位网关电量不足。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗网络自适应仓库管理系统，其特征在于：所述定位网关接收到的一定数量的电子标签发出的心跳广播同时发送至仓库网关。

5.根据权利要求1所述的一种低功耗网络自适应仓库管理系统，其特征在于：所述定位网关将一段时间内接收到多个电子标签发出的心跳广播同时发送至仓库网关。

6.根据权利要求1所述的一种低功耗网络自适应仓库管理系统，其特征在于：所述仓库网关主控芯片C内置的网络通讯模块包括有线通讯模块和无线通讯模块，仓库网关接收的信息通过有线通讯模块和无线通讯模块同时传输至动态管理云平台，或者采用有线通讯模块或无线通讯模块传输至动态管理云平台。

7.根据权利要求6所述的一种低功耗网络自适应仓库管理系统，其特征在于：所述无线通讯模块为4G无线通讯模块。