Toepassing van RFID ZigBee-systeem in derdepartijlogistiek

Dit artikel gebruikt het platte magazijn van het groeiende externe logistieke bedrijf in Tianjin Binhai New Area als toepassingsomgeving om een reeks intelligente warehousingoplossingen op te zetten op basis van het concept van het Internet of Things en met schaalbare waarde. In het RFID-systeem van slimme warehousing moet elke of meerdere RFID-elektronische tags een bijbehorende lezer/schrijver hebben voor informatiedetectie, en elke groep RFID-kaartlezers moet ook gegevens uitwisselen met de server. Bij warehousingoperaties moet het wegdek voor het heffen van voertuigen echter glad zijn om een soepele werking te garanderen, en de magazijnruimte is hoog en heeft een brede overspanning, dus een bekabelde lay-out is onhandig. Draadloze netwerken moeten worden gebruikt om draadloze gegevensinteractie te bereiken. Daarom wordt de steeds volwassener wordende ZigBee-technologie gebruikt om RFID-kaartlezers draadloos te netwerken om dynamische gegevensuitwisseling te bereiken.

1 ZigBee ad hoc netwerkoplossing demonstratie

Op basis van de operationele kenmerken van externe logistieke opslag en de werkelijke transmissieafstandsvereisten, na horizontale vergelijking van verschillende draadloze transmissiemethoden, werd een draadloze ad hoc netwerkoplossing op basis van ZigBee-technologie geselecteerd. ZigBee ad hoc netwerk is een zeer betrouwbaar draadloos datatransmissienetwerkplatform op basis van IEEE802.1 5.4 draadloze communicatietechnologie en bestaat uit maximaal 65.535 draadloze datatransmissiemodules. Binnen het hele netwerk kan elke ZigBee datatransmissiemodule met elkaar communiceren en kan de afstand tussen knooppunten oneindig worden uitgebreid vanaf de standaard 75 m. Het heeft de kenmerken van eenvoudig gebruik, betrouwbare werking en een lage prijs.

Vergeleken met andere netwerkmethoden, maakt ZigBee-technologie eerst gebruik van een ad-hocnetwerkcommunicatiemethode. Elk ZigBee-knooppunt kan onafhankelijk werken. Zodra er een probleem optreedt op een knooppunt, kunnen gegevens via andere knooppunten worden verzonden en kan er altijd en overal nieuwe RFID worden verzonden. Wanneer de lezer zich bij het netwerk aansluit, heeft dit geen invloed op het gebruik van het hele netwerk; als er wifi-technologie wordt gebruikt, zorgt een storing van een AP ervoor dat alle RFID-lezers in het dekkingsgebied geen gegevens kunnen uitwisselen. Ten tweede is de ZigBee-protocolstack eenvoudig en relatief gemakkelijk te implementeren. Voor het uitvoeren van ZigBee is een systeembron nodig. De bron is ongeveer 28 Kb, terwijl de Bluetooth-protocolstack relatief complex is en ongeveer 250 Kb aan systeembronnen vereist. Bovendien is ZigBee flexibeler dan Bluetooth en is het gunstiger voor het beheersen van de systeemkosten.

Bij opslagoperaties is, afhankelijk van het operationele proces, een groot aantal gegevensoverdrachtsknooppunten vereist en de kosten van een groot aantal communicatieapparatuur en communicatiekosten bij gebruik op het netwerk hebben direct invloed op de systeemkosten; ZigBee-technologie genereert niet meer dan de initiële investeringskosten. Dagelijkse gebruikskosten. Hoewel de transmissiesnelheid van ZigBee niet snel is (de 2,4 GHz-frequentieband is slechts 250 Kb/s), schrijft het elektronische label op het vrachtpallet, gezien de kenmerken van opslagoperaties, alleen het ID-nummer van de vracht en is de bytelengte meestal binnen 32 B, dus het zal niet al te veel invloed hebben op de transmissiesnelheid en voldoet aan normale werkomstandigheden. Bovendien heeft ZigBee een laag stroomverbruik. Onder dezelfde voedingsomgeving is de continue werktijd van Bluetooth en WIFI veel korter dan ZigBee.

RFID-gerelateerde protocollen bepalen alleen communicatie-interfaces, terwijl ZigBee een relatief compleet communicatienetwerkprotocol heeft. ZigBee kan de 2,4 GHz ISM-frequentieband (global common frequency band) kiezen in de werkfrequentieband, terwijl RFID kan werken in 915 MHz of andere frequentiebanden. Beide interfereren niet met elkaar op de communicatiefrequentie. Aangezien het magazijn een binnenomgeving is en de afstand tussen knooppunten relatief klein is, kan de ZigBee-module obstakels van een bepaalde dikte doordringen tijdens de werking, dus de signaalverzwakking is verwaarloosbaar. Door zelf-organiserende netwerkprotocollen kunnen apparaten in het netwerk direct of indirect draadloos communiceren. De betrouwbaarheid en het frequentiegebruik van het netwerk zijn erg hoog en ZigBee heeft een relatief complete beveiligingsauthenticatiemodus.

Samenvattend is het het meest geschikt om ZigBee-technologie te kiezen als het gegevensoverdrachtsnetwerk voor het RFID-systeem in smart warehousing van third-party logistics.

2 Netwerkprincipes en -structuren

Een ZigBee-netwerk moet bestaan uit een centrale coördinator (Coördinator) en een router (Router). Elk ZigBee-netwerk vereist en heeft slechts één centrale coördinator nodig om het netwerk te creëren. Wanneer een knooppunt toetreedt, wijst het adressen toe aan child nodes; de router is verantwoordelijk voor het verzenden, ontvangen en doorsturen van gegevens en het vinden van het meest geschikte routeringspad. Wanneer een node toetreedt, worden er adressen aan nodes toegewezen bij het toetreden, dus een ZigBee-netwerk kan meerdere routers vereisen. Wanneer een netwerk bestaat uit een centrale coördinator en N routers, is het netwerk een echt MESH-netwerk en worden alle gegevens die door elke node worden verzonden automatisch naar de doelnode gerouteerd.

Toepassing van ZigBee-gebaseerd RFID-systeem in slimme opslag van externe logistiek

Het RFID-systeem op basis van ZigBee zelf-organiserende netwerktechnologie neemt een MESH-netwerkstructuur aan en bestaat uit een hoofdcontroleknooppunt en verschillende subknooppunten (het aantal subknooppunten is afhankelijk van het aantal RFID-lezers in het magazijn), zoals weergegeven in Afbeelding 1. Het hoofdcontroleknooppunt bestaat uit de server en de centrale coördinator via de seriële poort; het subknooppunt bestaat uit de kaartlezer en de router via de seriële poort. De seriële poort selecteert RS 232 tweerichtingscommunicatiemodus.

Nadat alle ZigBee-apparaten zijn gestart, begint de masternode met het bouwen van een ZigBee-netwerk, voegt alle subknooppunten toe aan het netwerk, wijst netwerkadressen toe aan elk subknooppunt en slaat de informatie op in de database. Nadat de kaartlezer de taggegevens heeft verzameld, stuurt deze de gegevens eerst naar de router die ermee is verbonden. De router stuurt vervolgens de taggegevens samen met de kaartlezerinformatie naar de mastercontrolnode via het multi-hop ZigBee-netwerk voor opslag. De mastercontrolnode stuurt de lezer naar de kaartlezer. De parameterconfiguratieopdracht wordt via communicatie met de router naar de lezer gestuurd en vervolgens gaat het locatienodeapparaat naar de energiebesparende modus; wanneer het hoofdbesturingsknooppunt een opdracht aan het kindknooppunt geeft, kan het locatieknooppuntapparaat op elk moment worden gewekt door te zoeken naar het netwerk van het adres van het kindknooppunt en vervolgens de opdracht via het multi-hopnetwerk naar de router te sturen op basis van het netwerkadres en deze vervolgens via de router door te geven aan de bijbehorende kaartlezer. Ten slotte stuurt de router een bevestigingsmelding van ontvangst van de opdracht naar het hoofdknooppunt.

3. Netwerkhardware-indeling

Als we een logistiek magazijn van derden als voorbeeld nemen, worden kaartlezers geïnstalleerd in elke vrachtruimte en bij de ingang en uitgang van het magazijn. De goederen komen het magazijn binnen en verlaten het met de pallet. Het elektronische label wordt op de pallet bevestigd en het label slaat het ID-nummer van de goederen op. De ZigBee-apparatuur die voor netwerken wordt gebruikt, is gebaseerd op de CC2530F256-chip van het bedrijf TI, draait het ZigBee2007/PRO-protocol en het circuit is geïntegreerd in de ZigBee-module. Het heeft alle kenmerken van het ZigBee-protocol. Het voordeel van het gebruik van de module is dat gebruikers het complexe ZigBee-protocol niet hoeven te begrijpen. Alle ZigBee-protocolverwerking wordt automatisch voltooid binnen de ZigBee-module en de knooppuntprogramma's worden op een ingebedde manier in de module geschreven. De gebruiker hoeft alleen gegevens via de seriële poort te verzenden.

Daaronder volgen de ZigBee-module, de kaartlezer en de server het RS 232 asynchrone seriële tweerichtingscommunicatieformaat; alle RFID-kaartlezers en hun indicatorsignalen zijn via het hubapparaat verbonden met de microcontroller en worden uniform aangestuurd door de microcontroller. De kaartlezer is ook via de RS 232 seriële poort verbonden met de microcontroller. De voedingen van de ZigBee-module, RFID-kaartlezer en microcontroller zijn allemaal tussen 5 en 12 V, met behulp van standaard TTL-niveaus.

De server en de hoofdbesturing ZigBee-module zijn geïnstalleerd in de algemene verzendruimte van het magazijn en worden gebruikt voor het verzenden en ontvangen van instructies en normale verzending van magazijnactiviteiten; alle kaartlezers en ZigBee-apparaten zijn geïnstalleerd op de werkelijke magazijnlocaties en magazijningangen en -uitgangen om één netwerkknooppunt te worden. Alle knooppunten zijn samengesteld uit een RFID-systeem op basis van draadloze ZigBee-transmissie. Het indicatielampje van de laadruimtestatus dat wordt aangestuurd door de microcontroller, is boven de laadruimte geïnstalleerd om het personeel te herinneren aan normale magazijnactiviteiten; de visuele interface die is omgezet na verwerking door de database, wordt enerzijds weergegeven op de hostcomputer in de verzendruimte en anderzijds weergegeven in het magazijn. Er is een groot scherm beschikbaar voor personeel om te bladeren.

Toepassing van RFID (ZigBee) systeem in externe logistiek

Wanneer andere workflows en noodgevallen zich voordoen tijdens magazijnactiviteiten, zoals inventaristelling, overdracht van goederen naar magazijngebieden, verkeerd geplaatste goederen of beschadigde labels, enz., wekt de RFID-lezer de ZigBee-router op tijd via het signaal dat in realtime wordt gedetecteerd en verzendt vervolgens de informatie in eentijdige manier. Het wordt overgedragen aan de centrale coördinator van de backend-database voor opslagbeheer. Bijna alle processen bevrijden werknemers van traditionele werkmethoden. De nauwkeurige informatieverzamelingsmodus verbetert de betrouwbaarheid van het gegevensbeheer van het systeem en voorkomt effectief menselijke fouten.

4 Conclusie

Na daadwerkelijke operationele tests worden ZigBee-modules in een binnenomgeving ongeveer 3 m van elkaar gescheiden en is het signaal goed. Onder normale opslagomstandigheden duurt het ongeveer 20 tot 40 ms voordat de server gegevenspakketten ontvangt, wat voldoet aan normale werkomstandigheden.

Een gewoon magazijn van derden met ongeveer 500 laadruimtes vereist ongeveer 500 ZigBee-modules. De eenheidsprijs van ZigBee-modules op de markt is in principe RMB 40 tot RMB 60. Daarom liggen de kosten voor het installeren van een ZigBee zelforganiserend netwerksysteem in het magazijn tussen de 20.000 en 30.000 yuan. Voor grote en middelgrote magazijnbedrijven is het kosteneffectief. Voor sommige kleine magazijnbedrijven die waarde hechten aan winst, is het echter nog steeds moeilijk om hun bedrijf onmiddellijk te verbeteren. Daarom zal het plan niet generaliseerbaar zijn als de kosten niet effectief kunnen worden beheerst. Afhankelijk van de verschillende bedrijfsgroottes en verschillende magazijnkenmerken kan het aantal ZigBee-modules op de juiste manier worden verminderd tijdens de implementatie van de daadwerkelijke oplossing. Bijvoorbeeld, meerdere aangrenzende RFID-kaartlezers kunnen een ZigBee-module delen via een hub-apparaat, waardoor de kosten effectief worden verlaagd. Het daaropvolgende probleem is echter dat de hoeveelheid gegevens die door elke ZigBee-module tegelijk wordt verzonden, zeer beperkt is. Als het probleem van de sequentiële gegevensoverdrachtsmethode en het transmissie-interval niet goed kan worden opgelost, zullen de reactiesnelheid en werkefficiëntie van het systeem sterk worden beïnvloed. Ik geloof echter dat deze problemen in de nabije toekomst zullen worden opgelost met de voortdurende ontwikkeling van ZigBee-technologie.