智能仓储管理系统设计与实现

智能仓储管理系统设计与实现

许浩洋 ,王淑娇

山东协和学院 山东济南 250107

摘要：随着仓储市场的飞速发展，传统的仓储管理系统已经无法满足现有的业务需求。本设计基于RFID射频识别技术及NB-IOT窄带物联网技术，选用STM32单片机作为主控模块，可以实现对进出库物品数量的计数，并且利用了OneNET云平台和手机APP实现数据可视化。该设计可以提高仓库的管理效率，远程监控库存数量。

关键词：智能仓储  RFID  NB-IOT

1  引言

根据中国物流与采购联合会物联网专委会对仓储企业的调研情况来看，许多仓储企业物联网设备应用不足，其中有45%的仓储企业没有使用任何仓储管理系统，需要靠人工对仓库进行管理，55%的企业虽然有仓储管理系统，但在可视化方面有所欠缺，系统整体不够完善[1]。

2 系统设计

智能仓储管理系统包括STM32主控模块，RC522射频识别模块，M5311物联网模块，按键控制模块，LED灯指示模块，OneNET云平台和手机APP，系统框架图如图1所示。

图1  系统框架图

本设计利用RFID射频识别技术来实现对RFID卡的感应，每当RC522读卡器感应到卡片一次，就进行计数加一，使用三个按键实现选择入库或出库模式以及结束进出库，并且使用一个双色LED灯来实现指示当前所处的模式，结束入库或出库后，STM32将当前的库存数据保存到STM32的FLASH存储器中，并将库存数据发送给M5311模块，M5311模块使用LWM2M协议将库存数据上传到OneNET云平台，手机APP通过调用OneNET云平台的相应接口获取库存数据并显示。

2.1  STM32主控模块

本设计所选用的主控芯片为意法半导体公司出品的STM32F103C8T6，其最小系统包括复位电路，电源电路，时钟电路，启动模式选择电路，SWD接口电路等。

STM32模块是整个设计的主控模块，该模块需要处理RC522模块发来的数据，将处理完成的数据发送给M5311模块并存储到存储器中；还需要接收按键的控制信号，来决定系统当前所处的状态，并将系统当前的状态反馈给双色LED灯，让双色LED灯能够正确的指示系统当前所处状态。

2.2  RC522射频识别模块

RC522芯片是一个高集成度、低电压、低成本、体积小的非接触式的射频识别芯片。RC522的发射模块基于调制和解调的原理，集成了13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方法和协议。RC522无需其它电路就可以利用内部的发送器部分驱动读写器天线与RFID卡进行通信。

RC522通过SPI与STM32进行通信，SPI是一种高速、全双工、同步的通信总线，只占用4个引脚，可以节约芯片的引脚资源。

RC522模块通电后，电流流过线圈产生磁场，RFID卡进入RC522的感应范围内之后，电磁感应产生电流，使RFID卡内芯片中的内容被读出，读出的信息被放入寄存器中进行传递，最终通过SPI接口被STM32读取到。

2.3  M5311物联网模块

M5311模组是一款基于MT2625平台的工业级NB-IOT无线模组。它主要应用于低功耗场景，支持UDP、TCP、LWM2M、MQTT等多种协议。

M5311通过UART（通用异步收发器）与STM32进行通信，UART是一种全双工、异步通信总线，一般由波特率产生器、UART接收器、UART发送器组成，硬件上有两根线，一根发送，一根接收。STM32模块的PB10引脚连M5311模块的RX引脚，PB11引脚连TX引脚，这样两个模块之间就可以进行通信了。

在选用M5311-NB-IOT模块时，也考虑到了是否能够使用ESP8266-WIFI模块。M5311和ESP8266都能够通过相关协议接入到云平台，可以实现远程监控，而且两款模组都兼容AT指令；M5311模组的数据性能不如ESP8266强大，只适合数据量较小、对延迟要求不高的场合，但是考虑到企业在实际部署时，使用ESP8266组网需要现场搭建网络环境，安装路由器等等，而M5311基于蜂窝网络，无需单独组网，并且信号覆盖范围更广，所以选用M5311更加合适。

2.4手机APP

本设计的APP使用App Inventor 2开发环境进行开发的，该开发环境无需繁琐复杂的程序代码，仅需像搭积木那样将各个方块堆叠拼接起来就可以完成一个安卓应用的开发，并且开发环境的搭建非常方便，使用浏览器就可以进行开发。

手机APP通过调用OneNET云平台的API来获取数据，API的调用格式可以在OneNET云平台查看，手机APP获取到的数据是一串JSON数据文本，进行加工后即可在界面上显示库存数据了。

3  系统测试数据

笔者选择两个测试项对系统进行了测试，一个是系统联网耗时测试，另一个是手机APP响应时间测试。

3.1  系统联网耗时测试

本项测试内容是将系统通电，然后计算系统从通电到接入网络的时间，可以通过观察STM32系统板上蓝色LED灯的状态来判断系统是否联网成功，LED灯熄灭表示联网成功，并且每次测试间隔2分钟以上。测试结果如表1所示。

通过表中的测试数据可以看出，系统在第一次联网时耗时较长，后面的连接时间较为稳定，去掉最大值20.75秒和最小值10.59秒，计算出平均耗时为11.53秒

3.2  手机APP响应时间测试

本项的测试内容是在按键3按下的一刻开始计时，手机APP上的数量变化后结束计时。测试数据如表2所示。

根据表中数据可以看出，APP的响应时间波动比较大，耗时最长到了12.01秒，最短仅有3.23秒，其中的耗时主要包括M5311向OneNET云平台发送数据的时间和手机APP调用API获取数据的时间。

表1  系统联网耗时测试

表2  手机APP响应时间测试

4  结束语

智能仓储管理系统完成了STM32主控模块、RC522射频识别模块、M5311物联网模块的设计，利用RFID技术、NB-IOT技术及OneNET云平台实现了出入库物品的计数以及在手机APP上显示当前仓库数量，利用按键实现了控制系统的出入库状态，并且使用了双色LED灯指示系统当前状态。本设计结合现代化、信息化的手段，实现了仓储物品的计数，并且能够数据可视化，提高了仓储管理的效率，在大部分仓储企业具有一定的应用价值。

参考文献

[1]吴玉瑕,田慧妤.全国仓储业数字化调研报告[J].中国储运,2021,(8):173-174.

[2]吕嘉斌.仓储、物流与供应链管理研究新进展[J].财经界,2018,(4):104-105.

[3]谢志妮,黄成丽.RFID在智能仓储物流中的应用[J].电子技术与软件工程,2021,(11):177-178.

作者简介

许浩洋，2018年9月就读于山东协和学院电子信息工程专业。