ZigBee在倉儲管理中的應用[圖]

1 前言

倉儲作為供應鏈管理的核心環(huán)節(jié)，在物流中占據(jù)著核心的地位。隨著物資存儲數(shù)量的不斷增加，出入庫頻率急速增長。如何利用現(xiàn)代化技術來高效地管理倉庫，實時、全面地掌握倉儲信息，已經(jīng)成為企業(yè)在競爭中取勝的重要因素。在倉儲管理中，無線化是一個不可避免的發(fā)展趨勢，是人們追求的目標，它使得倉儲管理更靈活、更便捷。

ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡是當前國際上備受關注的無線網(wǎng)絡之一，是學科高度交叉的新興前沿研究熱點，其中包含了傳感器技術、無線通信技術和嵌入式技術等，具有信息采集、傳輸和處理的能力。引入ZigBee技術，對倉庫到貨檢驗、入庫、出庫、調撥、移庫移位、庫存盤點等各個作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行自動化更新，保證倉庫管理各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度和準確性，確保企業(yè)及時準確地掌握庫存的真實數(shù)據(jù)，合理保持和控制企業(yè)庫存。ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展和廣泛應用，將對人們的社會生活產(chǎn)生極大的影響，對產(chǎn)業(yè)變革產(chǎn)生巨大的推動作用。

2 倉儲管理的系統(tǒng)需求

對條碼標簽和RFID，許多人應該都比較熟悉，前者使用的是光掃描，掃描器和條碼之間不能有任何物理遮擋。后者使用的是“電磁場掃描”，兩者之間可以有遮擋。但歸根到底，兩者所讀取的數(shù)據(jù)，都僅僅是一個身份碼而已。真正的數(shù)據(jù)資料，必須通過讀碼器所讀出的身份碼，到預先建立好的數(shù)據(jù)庫中進行查閱。其次，由于條碼和RFID的讀取方式，都是通過條碼和RFID標簽微弱的反射或被動耦合的信號來實現(xiàn)的(那些有源和可儲存少量數(shù)據(jù)的RFID實際已經(jīng)超出RFID本身的定義范圍)，因而讀取距離都非常有限。另外，由于這兩種標簽本身都不儲存數(shù)據(jù)，信號讀取器必須要與數(shù)據(jù)庫相連，因而靈活性差。這些局限性大大限制了它的發(fā)揮。因此人們嘗試把ZigBee應用于物流管理系統(tǒng)，試圖建立一種ZigBee和RFID結合使用的應用系統(tǒng)。系統(tǒng)如圖1所示。

在標簽綁定處，有一個遠距離的RFID讀寫器，通過讀取貨品上的標簽，操作人員將標簽上的ID號與貨品等信息通過無線ZigBee傳輸?shù)怯浀接嬎銠C上。之后，由倉儲人員將貨物進行分類存放。在倉庫的日常管理中，如果需要盤點或者其他的處理，只需要一臺手持式讀寫器，通過簡單的對產(chǎn)品進行掃描，就可以快速查詢到當前的倉庫的產(chǎn)品數(shù)量和類型，使得原來需要幾天的工作量，借助RFID與ZigBee技術，只在幾個小時就能完成。如果貨品出倉，操作人員只需要通過RFID讀寫器，掃描一下產(chǎn)品上的標簽，將標簽的信息通過無線ZigBee在計算機系統(tǒng)上注銷就可以了。

它的主要特點是：遠距離信息讀取、數(shù)據(jù)寫入，讀寫設備十分簡單可靠，價格也十分低廉。由于在倉儲通信系統(tǒng)中報文吞吐量較小，所以把ZigBee技術引入到物流領域中是一種切實可行的辦法。基于ZigBee技術和RFID技術結合的無線掃描系統(tǒng)能夠在物流領域的入庫作業(yè)環(huán)節(jié)實現(xiàn)對入庫數(shù)據(jù)的高效采集。能夠在出庫作業(yè)環(huán)節(jié)通過操作人員對出庫產(chǎn)品的掃描核對和確認實現(xiàn)嚴密管理。保證有效數(shù)據(jù)識別和數(shù)據(jù)的傳輸是整個系統(tǒng)的關鍵所在，ZigBee具有低復雜度、低功耗、低成本和高容量等特點，它的應用能夠對物流水平的提高起到非常大的作用。

致遠電子推出CEL生產(chǎn)的ZICM2410模塊，具備了低功耗、低成本和高容量等特點，在遠距離傳輸、可靠性和安全性方面表現(xiàn)十分突出，是倉儲管理無線通信模塊的理想選擇。

3 ZigBee技術特點

3.1 低功耗

在倉儲管理中，存在節(jié)點數(shù)多、分布較為分散的特點，不宜頻繁更換電源。ZigBee低功耗的特點就顯得十分重要。在低耗電待機模式下，2節(jié)5號電池可支持1個節(jié)點工作6~24個月，甚至更長，這是ZigBee的突出優(yōu)勢。單個節(jié)點的模塊功耗低于100mW，而且單芯片可實現(xiàn)大部分功能，致遠電子推出的ZICM2410 ZigBee模塊，每隔10 s發(fā)送一次定位數(shù)據(jù)，使用550mAh(放電量約為500mAh)的電池可以工作13個月。ZICM2410模塊電池容量與工作時間計算表如表1所示，電池容量與工作時間的關系如圖2所示。

3.2 傳輸距離

倉庫的面積大小不一，有的甚至可以達到1000m2，對硬件的傳輸距離要求比較苛刻。如表1所列的計算表，已經(jīng)是ZICM2410模塊工作在最大通信范圍時的功耗，在此功耗下，外置5dBi的天線，可實現(xiàn)視距500m的通信，使用板載天線，寫字樓內通信距離可達到150m，基站如果采用有線供電，可以使用大功率高接收靈敏度模塊(ZICM2410P2)，實現(xiàn)視距1500m的通信距離。ZigBee模塊參數(shù)如表2所示。

3.3 高容量

Zigbee可采用星狀、簇狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡等結構，可工作在單主節(jié)點或多主節(jié)點的模式下，可由多到65000個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊構成網(wǎng)絡平臺。為實現(xiàn)ZigBee設計者的初衷，必須要配合相應的路由協(xié)議程序，實現(xiàn)“接力跑形式”的傳遞，參考了ZigBee 2006協(xié)議棧和一些MESH網(wǎng)絡協(xié)議，推出了精簡型快速的ZLGnet無線路由協(xié)議。

相比于標準ZigBee協(xié)議棧，ZLGnet具有路由查找速度快、路由策略穩(wěn)健等特點，使用自帶的配置軟件即可實現(xiàn)路由表的獲取，并可以知道哪個節(jié)點的信號強度最弱，這在布設基站的時候，非常有用。如圖3所示。

3.4 低成本

在倉儲管理中，存在的節(jié)點數(shù)有時會多達上千個，成本無疑是用戶最關心的問題。ZigBee免協(xié)議專利費，每塊芯片的價格僅為幾美元。致遠無線事業(yè)部使用2.4GHz射頻芯片設計生產(chǎn)的ZigBee模塊ZM2410，已完成射頻前端及整機設計驗證、板材及加工工藝攻關、射頻一致性測試、高品質射頻器件采購存貨等前期準備工作，具備本土優(yōu)勢和品質保障的模塊，價格上非常有優(yōu)勢。

3.5 免執(zhí)照頻段

Zigbee采用直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療(ISM)頻段、2.4GHz、915MHz(美國)和868MHz(歐洲)。相比于繞射能力更強的低頻段無線通信技術，2.4GHz的ZigBee有著更準確的信號強度指示，更大的數(shù)據(jù)通信率，說到通信速率，433MHz最大100kb/s的通信速率似乎也夠用了，但是10倍于433MHz最大傳輸速率的ZigBee技術(ZICM2410模塊可達1Mb/s)，通信速率將可以承載更多的應用，如體征數(shù)據(jù)傳輸、環(huán)境參數(shù)采集以及下行信息控制等。

4 展望

本文介紹了ZigBee在倉儲管理中的應用以及ZigBee的技術特點，在以上介紹的倉儲管理方案中，我司已經(jīng)取得不小的成績，在國內一些倉庫中有所應用。為適應技術發(fā)展的變革，我們需要不斷了解市場新技術的動向，在無線技術不斷發(fā)展的趨勢下，采用ZigBee將會帶領我們的產(chǎn)品走向一個新的高度。長期以來，市場上對低價格、低傳輸率、短距離、低功耗的無線通信產(chǎn)品都有很大的需求。ZigBee這一射頻通信領域最有潛力的技術會在更多的領域應用，更加深入地影響人們的生活。下一步我司將會加大ZigBee推廣的力度，讓智能無線產(chǎn)品早日走進千家萬戶。

來源：《電子技術應用》2011年第10期

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