应用于高原地区的智能化仓储分拣识别系统设计

高原地区由于特殊的地理环境，体力劳动得到了极大的限制，本文设计了一种基于智能化模块的仓储分拣识别电路，利用智能机器代替人工实现仓储系统的智能化管理和运作。智能核心模块使用FPGA来处理数据，利用RFID设备来进行仓库空间位置的定位管理。经实践验证，本文所提出的方案能够有效利用与一类高原地区的仓储管理。

【关键词】智能电路 仓储管理 电子标签 室内定位

随着经济的发展，各类生产活动在我国高原地区也逐渐繁荣起来。其中由于青藏高原地区得天独厚的地理位置和自然环境，有很多高原特a日益受到消费者的青睐。各类大规模仓储项目也雨后春笋般涌现出来。然后而由于高原地区含氧量相对较少，人工劳动收到了极大地限制。因为，采用高级智能化技术、机器人技术，自动化技术来代替人工就成了一种亟待解决的问题。大规模的采用物联网智能化技术，可以节省人力成本，消除地区差异，同时可以避免一些意外的人工伤害。

本文设计了一个基于电子射频标签RFID和自动循迹运输车辆的智能仓储系统。

1 系统方案设计

1.1 系统整体方案设计

本文设计的智能化仓储分拣识别系统主要解决的几个关键问题主要是货物身份识别、货仓定位、自动运输、自动卸货。下面本文将分别阐述解决关键的方案。

1.1.1 货物身份识别

本方案采用低成本的电子标签（RFID）来实现进仓货物的身份识别问题[1]。RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。定位系统的硬件包括：阅读器、电子标签和无线Wi-Fi模块。

阅读器是用于读取/写入标签信息的设备。电子标签分为有源和无源两类。有源技术电子标签内部有电池，它的寿命一般比无源的长。在电池更换前一直通过设定频段向外发送信息。本方案采用的有源技术电子标签具有长时间的寿命。

在货物进入仓库前，使得待运输入库货物获得唯一身份的电子标签。从而可用于后续的货物处理流程。

1.1.2 货仓定位

目前的室内定位技术已相对成熟。常见的室内定位的算法主要分为两类：基于测距技术的定位算法和距离无关的算法。基于测距技术的算法一般是通过节点之间的距离或者角度来计算出未知节点的位置，常用的技术包括：基于接收信号强度指示算法（RSSI）、到达角度算法（AOA）、到达时间算法（TOA）等。距离无关的算法有：质心法、APIT算法、凸规划算法等。这些算法都是利用节点之间的相邻邻域关系实现定位的。 在本方案中，在智能运输车辆上附加一个无线信号发射接收模块。在仓库明显位置处设立标准信号源，智能运输车辆可以根据接收到的信号强度采用三角定位的方法获得自身的仓库位置关系以及目的地的地理位置。

1.1.3 自动运输

自动运输有两种可选方案。一种是基于固定轨道的传输方案，这种方案可以可靠的实现货物运输，运输量大、运输效率高，然而存在的缺点是灵活性差，占地面积大。因此本方案采用灵活可变的基于循迹的自动小车方案，只需要在地板上附加可供循迹的图形标志即可。

2 系统硬件模块实现方案

2.1 RFID模块的选用

RFID模块主要包括RFID通信模块、读写器和实体标签本身。通信模块要求链接控制模块或者内部网络。读写器需要考量读写是否方便，距离和准确性。实体标签RFID要选用合适大小、能够重复使用、成本尽量低。本方案采用国产系列的一款900M超高频的RFID模块。该模块兼容多种协议、具有加密功能，可以满足本方案的要求。

2.2 FPGA核心控制模块

在实现定位过程中需要大量的数据计算和实时处理，单片机不能够胜任核心数据处理单元的任务，本方案采用高速的FPGA芯片作为主控芯片进行数据处理和信号控制[2]。从实际应用来看，FPGA管脚多，容易实现大规模参IO管理。一般单片机IO口有限，而FPGA有数百输入输出，可以方便连接外设。本方案中需要处理的终端模块较多；包含计算机系统、环境监测、车辆检测、RFID标签分组识别，需要大量端口，因此采用FPGA模块可以方便系统实现。FPGA内部程序高速并行单元，有处理更复杂功能的能力。FPGA不同逻辑可以并行执行，可以同时处理不同任务，导致了FPGA工作更有效率。并且FPGA有大量软核IP，可以方便进行二次开发。本方案采用采用高性能的XILINX SPARTAN6列FPGA作为主芯片，辅助以电路。

2.3 运输车辆的循迹方式和机械臂

车辆循迹是目前比较成熟的固定区域车辆自动行驶技术。本方案采用地面粘贴导向标志的方法实现车辆循迹行驶。导向标志采用黑色多宽度标志线。用宽度表征主行驶线路和支路行驶线。在需转向处附近特殊标志进行区分。机械臂采用常用的电机折弯式线性模组。可以实现自动卸货和分拣。

3 结论

本文设计了一个面向高原地区的利用物联网技术和计算机技术的智能化仓储分拣识别系统。该方案的实现和实施可以应用于高原地区的现代物流体系，为发展民族地区经济做出贡献。

参考文献

[1]黄晓宗.无源UHF RFID温度标签关键技术研究与设计[D].天津大学，2009.

[2]许芳，席毅，陈虹，靳伟伟.基于FPGA/Nios-Ⅱ的矩阵运算硬件加速器设计[J]. 电子测量与仪器学报，2011（04）：377-383.

[3]杨墨，隋天日，曹涛，范强.变电站巡检机器人自动充电系统[J].制造业自动化，2013（03）：47-49+53.

作者简介

殷明（1977-），女，四川省成都市人。硕士学位。研究方向为智能电子技术。

作者单位

西南民族大学电信学院 四川省成都市 610000