Applicazione del sistema RFID ZigBee nella logistica di terze parti

Questo articolo utilizza il magazzino piatto della crescente azienda di logistica di terze parti nella nuova area di Tianjin Binhai come ambiente applicativo per stabilire un set di soluzioni di magazzinaggio intelligenti basate sul concetto di Internet of Things e con valore scalabile. Nel sistema RFID di magazzinaggio intelligente, ogni o più Tag elettronici RFID devono avere il proprio lettore/scrittore corrispondente per il rilevamento delle informazioni e ogni gruppo di lettori di schede RFID deve anche scambiare dati con il server. Tuttavia, nelle operazioni di magazzinaggio, la superficie stradale per i veicoli di sollevamento deve essere liscia per garantire un funzionamento regolare e lo spazio del magazzino è alto e ha una campata ampia, quindi la disposizione cablata è scomoda. Le reti wireless devono essere utilizzate per ottenere l'interazione dei dati wireless. Pertanto, la tecnologia ZigBee sempre più matura viene utilizzata per collegare in rete in modalità wireless i lettori di schede RFID per ottenere uno scambio dinamico di dati.

1 dimostrazione della soluzione di rete ad hoc ZigBee

Sulla base delle caratteristiche operative dell'immagazzinamento logistico di terze parti e degli effettivi requisiti di distanza di trasmissione, dopo aver confrontato orizzontalmente diversi metodi di trasmissione wireless, è stata selezionata una soluzione di rete ad hoc wireless basata sulla tecnologia ZigBee. La rete ad hoc ZigBee è una piattaforma di rete di trasmissione dati wireless ad alta affidabilità basata sulla tecnologia di comunicazione wireless IEEE802.1 5.4 e composta da un massimo di 65.535 moduli di trasmissione dati wireless. All'interno dell'intera rete, ogni modulo di trasmissione dati ZigBee può comunicare tra loro e la distanza tra i nodi può essere infinitamente ampliata rispetto allo standard di 75 m. Ha le caratteristiche di facile utilizzo, funzionamento affidabile e prezzo basso.

Rispetto ad altri metodi di rete, la tecnologia ZigBee adotta innanzitutto un metodo di comunicazione di rete ad hoc. Ogni nodo ZigBee può funzionare in modo indipendente. Una volta che si verifica un problema su un nodo, i dati possono essere trasmessi tramite altri nodi e nuovi RFID possono essere trasmessi sempre e ovunque. Quando il lettore si unisce alla rete, non influirà sull'uso dell'intera rete; se viene utilizzata la tecnologia Wi-Fi, un guasto di un AP impedirà a tutti i lettori RFID nell'area di copertura di scambiare dati. In secondo luogo, lo stack di protocolli ZigBee è semplice e relativamente facile da implementare. L'esecuzione di ZigBee richiede un sistema La Risorsa è di circa 28 Kb, mentre lo stack di protocolli Bluetooth è relativamente complesso e richiede circa 250 Kb di risorse di sistema. Inoltre, ZigBee è più flessibile di Bluetooth ed è più favorevole al controllo dei costi di sistema.

Nelle operazioni di magazzinaggio, in base al processo operativo, sono necessari un gran numero di nodi di trasmissione dati e il costo di un numero enorme di apparecchiature di comunicazione e i costi di comunicazione durante l'esecuzione sulla rete influiscono direttamente sul costo del sistema; la tecnologia ZigBee non genererà altro oltre al costo di investimento iniziale. Costi di utilizzo giornaliero. Sebbene la velocità di trasmissione di ZigBee non sia veloce (la banda di frequenza a 2,4 GHz è di soli 250 Kb/s), considerando le caratteristiche delle operazioni di magazzinaggio, l'etichetta elettronica sul pallet di carico scrive solo il numero ID del carico e la lunghezza in byte è solitamente entro 32 B, quindi non avrà un impatto eccessivo sulla velocità di trasmissione e soddisfa le normali condizioni di lavoro. Inoltre, ZigBee ha un basso consumo energetico. Nello stesso ambiente di alimentazione, il tempo di lavoro continuo di Bluetooth e WIFI è molto più breve di ZigBee.

I protocolli correlati a RFID stabiliscono solo interfacce di comunicazione, mentre ZigBee ha un protocollo di rete di comunicazione relativamente completo. ZigBee può scegliere la banda di frequenza ISM a 2,4 GHz (banda di frequenza comune globale) nella banda di frequenza di lavoro, mentre RFID può funzionare a 915 MHz o altre bande di frequenza. Entrambi non interferiscono tra loro sulla frequenza di comunicazione. Considerando che il magazzino è un ambiente interno e la distanza tra i nodi è relativamente vicina, il modulo ZigBee può penetrare ostacoli di un certo spessore durante il funzionamento, quindi l'attenuazione del segnale è trascurabile. Attraverso protocolli di rete auto-organizzanti, i dispositivi nella rete possono comunicare direttamente o indirettamente in modalità wireless. L'affidabilità e l'utilizzo della frequenza della rete sono molto elevati e ZigBee ha una modalità di autenticazione di sicurezza relativamente completa.

In sintesi, è più appropriato scegliere la tecnologia ZigBee come rete di trasmissione dati per il sistema RFID nell'immagazzinamento intelligente della logistica di terze parti.

2 Principi e strutture di rete

Una rete ZigBee deve essere composta da un coordinatore centrale (Coordinatore) e un router (Router). Ogni rete ZigBee richiede e necessita solo di un coordinatore centrale per creare la rete. Quando un nodo si unisce, assegna indirizzi a child nodes; il router è responsabile dell'invio, della ricezione e dell'inoltro dei dati e della ricerca del percorso di routing più adatto. Quando un nodo si unisce, ai nodi vengono assegnati indirizzi durante l'unione, quindi una rete ZigBee potrebbe richiedere più router. Quando una rete è composta da un coordinatore centrale e N router, la rete è una vera e propria rete MESH e tutti i dati inviati da ciascun nodo vengono automaticamente instradati al nodo di destinazione.

Applicazione del sistema RFID basato su ZigBee nella logistica di magazzino intelligente di terze parti

Il sistema RFID basato sulla tecnologia di rete auto-organizzante ZigBee adotta la struttura di rete MESH ed è costituito da un nodo di controllo principale e diversi sotto-nodi (il numero di sotto-nodi dipende dal numero di lettori RFID nel magazzino), come mostrato nella Figura 1. Il nodo di controllo principale è composto dal server e dal coordinatore centrale tramite la porta seriale; il sotto-nodo è composto dal lettore di schede e dal router tramite la porta seriale. La porta seriale seleziona la modalità di comunicazione bidirezionale RS 232.

Dopo che tutti i dispositivi ZigBee sono stati avviati, il nodo master inizierà a creare una rete ZigBee, aggiungerà tutti i sotto-nodi alla rete, assegnerà indirizzi di rete a ciascun sotto-nodo e memorizzerà le informazioni nel database. Dopo che il lettore di schede raccoglie i dati del tag, invia prima i dati al router ad esso collegato. Il router invia quindi i dati del tag insieme alle informazioni del lettore di schede al nodo di controllo master tramite la rete ZigBee multi-hop per l'archiviazione. Il nodo di controllo master invia il lettore al lettore di schede. Il comando di configurazione dei parametri viene inviato al lettore tramite la comunicazione con il router, quindi il dispositivo del nodo di posizione entra in modalità di risparmio energetico; quando il nodo di controllo principale invia un comando al nodo figlio, il dispositivo del nodo di posizione può essere attivato in qualsiasi momento, cercando la rete dell'indirizzo del nodo figlio, quindi trasmette il comando al router tramite la rete multi-hop in base all'indirizzo di rete, quindi lo passa al lettore di schede corrispondente tramite il router. Infine, il router invia una notifica di conferma della ricezione del comando al nodo master.

3. Layout hardware di rete

Prendendo come esempio un magazzino logistico di terze parti, i lettori di schede sono installati in ogni spazio di carico e all'ingresso e all'uscita del magazzino. Le merci entrano ed escono dal magazzino con il pallet. L'etichetta elettronica è apposta sul pallet e l'etichetta memorizza il numero ID delle merci. L'apparecchiatura ZigBee utilizzata per la rete si basa sul chip CC2530F256 della società TI, esegue il protocollo ZigBee2007/PRO e il circuito è stato integrato nel modulo ZigBee. Ha tutte le caratteristiche del protocollo ZigBee. Il vantaggio dell'utilizzo del modulo è che gli utenti non hanno bisogno di comprendere il complesso protocollo ZigBee. Tutta l'elaborazione del protocollo ZigBee viene completata automaticamente all'interno del modulo ZigBee e i programmi del nodo vengono scritti nel modulo in modo incorporato. L'utente deve solo trasmettere i dati tramite la porta seriale.

Tra questi, il modulo ZigBee, il lettore di schede e il server seguono il formato di comunicazione seriale asincrono bidirezionale RS 232; tutti i lettori di schede RFID e i loro segnali indicatori sono collegati al microcontrollore tramite il dispositivo hub e sono controllati uniformemente dal microcontrollore. Il lettore di schede È anche collegato al microcontrollore tramite la porta seriale RS 232. Gli alimentatori del modulo ZigBee, del lettore di schede RFID e del microcontrollore sono tutti compresi tra 5 e 12 V, utilizzando livelli TTL standard.

Il server e il modulo di controllo principale ZigBee sono installati nella sala di spedizione generale del magazzino e sono utilizzati per inviare e ricevere istruzioni e la normale spedizione delle operazioni di magazzino; tutti i lettori di schede e i dispositivi ZigBee sono installati nelle ubicazioni effettive del magazzino e negli ingressi e nelle uscite del magazzino per diventare un singolo nodo di rete. Tutti i nodi sono composti da un sistema RFID basato sulla trasmissione wireless ZigBee. La spia luminosa dello stato dello spazio di carico controllata dal microcontrollore è installata sopra lo spazio di carico per ricordare al personale le normali operazioni di magazzino; l'interfaccia visiva convertita dopo l'elaborazione da parte del database è visualizzata sul computer host nella sala di spedizione da un lato e dall'altro visualizzata nel magazzino. È disponibile un grande schermo per la navigazione del personale.

Applicazione del sistema RFID (ZigBee) nella logistica di terze parti

Quando si verificano altri flussi di lavoro ed emergenze durante le operazioni di magazzino, come il conteggio dell'inventario, il trasferimento di merci nelle aree di magazzino, merci smarrite o etichette danneggiate, ecc., il Lettore RFID riattiva il router ZigBee in tempo tramite il segnale rilevato in tempo reale, quindi trasmette le informazioni in untempestivo. Viene consegnato al coordinatore centrale al database back-end per la gestione dell'archiviazione. Quasi tutti i processi liberano i lavoratori dai metodi operativi tradizionali. La modalità di raccolta delle informazioni accurate migliora l'affidabilità della gestione dei dati del sistema e previene efficacemente gli errori umani.

4 Conclusione

Dopo i test di funzionamento effettivi, i moduli ZigBee sono separati di circa 3 m l'uno dall'altro in un ambiente interno e il segnale è buono. In normali condizioni operative di magazzino, il tempo impiegato dal server per ricevere i pacchetti di dati è di circa 20-40 ms, il che soddisfa le normali condizioni di lavoro.

Un normale magazzino di terze parti con circa 500 spazi di carico richiede circa 500 moduli ZigBee. Il prezzo unitario dei moduli ZigBee sul mercato è fondamentalmente RMB 40 - RMB 60. Pertanto, il costo di installazione di un sistema di rete auto-organizzante ZigBee nel magazzino è compreso tra 20.000 e 30.000 yuan. Per le grandi e medie aziende di stoccaggio, è conveniente. Tuttavia, per alcune piccole aziende di stoccaggio che apprezzano i profitti, è ancora difficile migliorare immediatamente la propria attività. Pertanto, se i costi non possono essere controllati in modo efficace, il piano non sarà generalizzabile. In base alle diverse dimensioni aziendali e alle diverse caratteristiche del magazzino, il numero di moduli ZigBee può essere opportunamente ridotto durante l'implementazione della soluzione effettiva. Ad esempio, diversi lettori di schede RFID adiacenti possono condividere un modulo ZigBee tramite un dispositivo hub, riducendo così efficacemente i costi. Tuttavia, il problema che ne consegue è che la quantità di dati trasmessi da ciascun modulo ZigBee alla volta è molto limitata. Se il problema del metodo di trasmissione sequenziale dei dati e dell'intervallo di trasmissione non può essere risolto bene, la velocità di risposta e l'efficienza del lavoro del sistema saranno notevolmente influenzate. Tuttavia, credo che questi problemi saranno risolti nel prossimo futuro con lo sviluppo continuo della tecnologia ZigBee.