【基于RFID的物联网物流管理系统设计与实现7500字（论文）】

PAGEPAGE５目录TOC\o"1-3"\h\u144571系统方案的选择与论证 １229481.1系统要求 １45251.2模块基本方案 ２241052硬件设计 ２13732.1硬件设计总体框架 ２272572.289C52单片机主控模块 ３268632.3液晶显示模块 ３272252.4电子标签卡读卡器 ３74612.5蜂鸣器报警器 ４59712.6电源模块 ４25672.7按键模块 ５8723软件部分 ５8293.1主程序流程框 ５241973.2上位机 ８82594系统调试 １０298124.1单片机调试 １０120514.2射频模块调试 １０39214.3蜂鸣器报警调试 １０238624.4LCD12864液晶调试 １０27794.5电源调试 １１210914.6串口模块调试 １１18125结论 １１基于RFID的物联网物流管理系统设计与实现摘要：射频识别技术（RFID）是物联网重要的一部分，其主要通过无线射频方式来进行非接触式且可以实现双向通信的优点，被认为是21世纪最具有发展潜力的信息技术之一，对物品专属电子标签进行读写，应用广泛。当射频识别技术实际应用到仓储管理，搭配相应的智能管理系统，便能有效推动仓储管理的信息化和智能化发展。本毕业设计便是以RFID与仓储相结合所开发的物流管理系统。关键词：物流管理；射频识别技术；物联网仓储管理是物流服务中的核心环节之一，它通过一定方式对仓库与物资进行出库、入库和盘点等等方面处理。传统的仓储管理主要通过人工操作进行管理，适用于规模不大的仓库。对于如今规模不断扩大的物流行业，传统管理方式普遍存在：效率低下、成本过高、信息交互率低等问题。更加需要通过物联网技术实现低成本、高精度的智能仓储管理。射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，RFID），也称为无线射频识别，是一种能够进行自动识别的技术，能够进行无线射频，从而实现非接触双向数据通信。RFID相对应的记录媒体为电子标签或射频卡，通过无线射频对其记录媒体进行读写，能够对其媒体进行识别和数据交换。对于实现现代化智能仓储管理有着举足轻重的作用。RFID是当代物联网的核心技术之一，也是本次管理系统的技术基础之一。紧紧围绕“基于RFID”这一方向实现一个信息化管理仓储的系统。相对于传统的人工进行仓储管理，本系统只需要使用RFID技术而不需要人工劳动便可进行货物记录。利用RFID读取器与电子标签的数据交互，远距离数据提取或写入，从而实现一个智能化信息化的新仓储管理模式。1系统方案的选择与论证1.1系统要求仓储管理系统设计的功能主要是模拟读取电子标签信息的过程，在读取电子标签信息时，判断的结果给出的蜂鸣器提示是不一样的；上位机与下位机的实时数据同步更新是通过串口实现，上位机的操作界面上会显示商品名称、商品出库或者入库状态、电子标签卡卡号等信息，点击上位机入库按钮，电子标签识别到有效标签，即可进行商品入库操作。点击上位机出库按钮，同样可进行商品出库操作，货物的具体信息在上位机显示，包括货物的编号、出产地、存放的位置、当前的货物状况等信息；上位机可以将识别到的电子标签所匹配的货物信息进行增加、删除、修改、查询操作，还可以对每张电子标签卡进行信息注册和信息撤销操作，只有注册成功的电子标签卡才能进行使用，否则识别到的电子标签将会是无效标签，液晶显示屏也会显示为无效卡。1.2模块基本方案管理系统设计需要考虑成本价格应用，适用推广市场，操作简单，此智慧仓储管理系统的设计功能不多，所需的内置资源不需太多，选择STM32芯片太浪费资源，所以选择52芯片。系统数据库中主要是存储仓库信息和刷卡记录信息，在常用数据中有MYSQL和ACCESS数据库。通过系统综合考虑，选择MYSQL数据库，容易造成资源浪费，使用难度大，尤其时间有限，所有选择ACCESS数据库作为智慧仓库系统存储数据库。选择MD810R射频模块，容易造成资源浪费，使用难度大，成本高，在资金有限的条件下，所有选择RC522射频模块作为智慧仓库系统采集信息模块。仓储管理系统显示菜单界面，需要显示电子标签卡号和管理员操作界面，密码设置为六位数，需要液晶能多行显示，显示有中文菜单界面，LCD1602液晶只能显示的内容有限，所以选用LCD12864液晶作为智慧仓储管理系统界面显示。管理系统需要实现电子标签卡注销等操作，以及菜单按键和一些功能键，独立按键要满足此系统需要的，I/O数量上无法满足，因此管理系统选用独立按键作为按键输入。2硬件设计2.1硬件设计总体框架仓储管理系统的硬件设计总体框架主要是用到：STC89C52芯片、RFID射频模块、串口模块、按键模块、液晶模块、声光报警模块以及上位机模块；RFID射频模块和按键模块结合对射频模块进行注册、撤销以及对电子标签信息采集的工作，在采集到电子标签的信息后传输给STC89C52芯片，有52芯片外部采集到信息进行处理并传输给相应的模块，显示的信息和操作提示传输给液晶和上位机，对电子标签判断的结果传输给声光报警模块，同时由串口实现上下位机的信息传输，物资电子标签的信息在上位机ACCESS数据进行保存以及更新后的数据先显示，可以在便于直接对数据查看、查询以及电子便签具体信息的编辑修改。如图3-1所示：图2-1系统硬件框图2.289C52单片机主控模块系统采用STC89C52为主控芯片，52芯片配置的是8位处理器、多路定时器、计数器、串口等内部资源，其特点是可以实现多次擦写操作，技术成熟、低功耗、成本低、编程简单等，52单片机自带40根引脚，其中P0、P1、P2、P3的I/O结构方式不一样，P1到P3的I/O设置了开漏输出功能，直接正常工作不需上拉电阻，而P0口自身没有自带上拉电阻，导致在PO口引脚的正常使用需要应用配置上拉电阻才能。2.3液晶显示模块系统选用LCD12864液晶进行显示，在程序编程中先选择液晶是串行通信还是并行通信，在选择并行通信通信时，需要D0-D7引脚与芯片的P0.0~P0.7进行通信，检测液晶相应的地址码上，然后在通过液晶上P25、P26、P27引脚进行驱动液晶显示。如图2-2所示。图2-2LCD12864液晶显示屏2.4电子标签卡读卡器系统是采用RFID射频模块采集电子标签卡信息，射频模块与单片机采用SPI通信方式，当射频模块检测到有卡读入时，射频卡与射频模块产生不同磁感应，然后在通过射频引脚与单片机IO口进行通信，使单片机读取数据，然后在对数据进行处理，最终将信息显示到液晶上，射频模块是容易受外部信号干扰器件，在电路设计往往会加入电容来过滤干扰信号，使射频模块达到稳定工作。如图2-3所示，RFID射频主要的工作原理：当电子标签卡进入到射频模块的识别范围内时，读卡器将会接收到电子标签卡的信号，并且读卡器将接收到的电流信息存储到芯片内部，或者从电子标签卡发送信息到读卡器上，并且读卡器读取电子标签卡的信息和解码，最后发送到单片机进行处理分析。图2-3RFID射频电路图2.5蜂鸣器报警器系统中蜂鸣器是用来报警提示，焊接蜂鸣器的是后要特别驱动蜂鸣器工作的三极管，三级管采用9012型号，其中9012三级管的发射极与VCC连接一起，基级与单片机P0.2IO口连接，集电级与蜂鸣器正级连接，在单片机给基级低电平信号时，三级管将开启工作，使集电级输出电流放大100倍左右来驱动蜂鸣器工作，基级高电平信号时，9012三级管停止工作，蜂鸣器也停止工作。图2-4是蜂鸣器的连接电路。图2-4蜂鸣器的连接2.6电源模块系统工作需要的5V工作电源，使用过程中可以选用电脑USB、充电宝、手机充电器等对系统进行供电，供电的电压过高容易导致系统功能模块被烧坏，供电的电压过低会导致系统无法正常工作。如图所示的电源插头中2和3引脚是负极端接口，1引脚是正极端口，使用过程中为了稳定电压在电源正负极焊接个电容，提高电源电压稳定保证系统更加稳定于5V电源工作中，确保指纹模块、液晶模块、芯片等模块能在稳定电源中工作。图2-5电源电路2.7按键模块系统采用独立按键方式来控制，独立按键设置了对电子标签的注册、撤销、菜单等功能，独立按键引脚共有四个，其中引脚和引脚是两两连接，焊接时只需用到两个引脚，分别与电源、接地出相连，按键共有四个引脚，按下按键，按键四个引脚将短路一起，单片机IO口检测到信号，去执行对应程序。如图2-6所示。图2-6独立按键电路图3软件部分3.1主程序流程框系统上电后，各个功能模块开始进行初始化，选择好波特率和串口通信的端号后，实现上下位机的通信信息传输，射频模块开始检测在工作的范围和频率内有没有电子标签，利用读卡器磁波读取出电子标签中商品信息，并对电子标签中的商品信息进行判断，判断电子标签是否为有效标签，如果是有效的电子标签，LED会直接亮起，同时在液晶上显示电子标签的具体信息，上位机会同步显示以及蜂鸣器的直接提示；如果是无效的电子标签，液晶上直接显示无效卡，蜂鸣器会与有效卡不一样的声音的提示，上位机不会有显示，系统的操作是以电子标签的有效性进行判断执行；电子标签的有效还是无效是看电子是否有进行注册，有注册过的电子标签是有效的，没有注册过或者注销过的电子标签读取出来是无效；如图3-1所示：图3-1主程序流程3.1.1液晶流程框在给系统通电的过程中，系统单片机将开始初始化，使液晶屏进行清屏开始显示欢迎使用智慧仓储管理系统的主界面信息，在射频模块检测范围内检测到电子标签时，将采集到的电子标签信息，由主控芯片进行数据处理对比，液晶开始清屏当前的状态，会将对比后的结果再次传输给液晶，液晶上会将对比后的结果显示出来，如果读卡器识别电子标签失败，那么液晶屏上就不会显示电子标签的卡号。如图3-2所示。图3-2液晶流程图3.1.2射频流程框射频模块上电过程中，程序初始化，射频模块的范围内检测到电子标签进入时，读卡器读取判断电子标签信号频率，在射频模块的工作频率中会采集相应电子标签，当射频模块检测到有卡读入时，射频卡与射频模块产生不同磁感应，然后在通过射频引脚与单片机IO口进行通信，使单片机读取数据，然后在对数据进行处理。碰撞和反碰撞其实是在射频模块读卡器的检测范围内有检测电子标签，内部会产生磁共振，传输数据，利用一定的算法对数据进行处理分析。当射频模块检测到电子标签，算法判断是否发生碰撞操作，如果发生碰撞，所有发生碰撞的标签发送的数据都会出现差错，从而导致发送失败，因此所有碰撞方都需进行防碰撞操作。未发生碰撞操作的标签通过验证后，直接把卡号成功的显示到液晶上，可通过上位机对电子标签进行数据维护。图3-3射频流程图3.2上位机3.2.1上位机主界面系统采用VB语言进行编程设计，在VB中文版软件内部集成有很多控件，在编程过程中可以根据不同的功能选择不同控件，在使用上位机前，需要调通上位机与硬件的通信，只有通信成功才能保证系统的正常运作。波特率的选择已经端口的选址会决定系统能否正常运转，每个人的电脑端口号可能不同，默认的端口号为COM3。在智慧仓储管理系统上位机中主要采用ADO控件、文本控件、按键控件、定时器等控件，其中ADO控件主要是用来与数据ACCESS连接，可以对数据库进行编制调用，比如用户登录时的用户及密码信息、商品存储的商品信息、系统维护的电子标签卡信息；文本控件主要是用来显示存储的商品信息，读卡器在识别电子标签卡的过程中，把识别到的电子标签卡信息显示到文本框控件上；按键控件主要用来选择，选择不同的系统功能，可以通过按键控件来选择查询商品出入库的信息记录，比如识别到的电子标签卡的信息、电子标签卡的信息管理等功能、以及端口号的选择、波特率的选择等功能；时间控件主要用来调用时间，主要是为了将读卡器识别到电子标签卡后，将商品出入库时间作为记录，根据识别到的时间保存到数据库里，方便用户查询商品出入库记录等信息，若要停止系统操作，可以点击菜单栏里面的停止工作按钮，智慧仓储管理系统将会停止功能。如图4.4为仓储管理系统上位的主界面。图3-4上位机主界面3.2.2商品信息管理在系统上位机的功能主界面中，点击上方菜单栏里面的信息管理，即可进入到智慧仓储管理系统的商品信息管理界面，该界面主要是为了维护商品电子标签卡所包含的商品信息，在商品信息管理的界面中主要显示商品的名称、商品的编号、商品的状况、商品所存放的位置、商品的生产地等信息，并且可以对商品的电子标签卡信息进行修改、添加等操作，点击界面下方的修改、删除等按钮，可以进行相关的功能操作。修改功能是便于在录入商品电子标签卡过程中，录入错误信息，可进行调整，以及防止某商品可能存在切换电子标签的情况，删除功能是便于维护已废弃的商品电子标签，删除后可重新注册该电子标签，提高电子标签的利用率，在商品信息管理界面进行修改操作时，可以选中任意一行商品信息数据进行修改操作，修改完成后，点击确定按钮，就可以将修改的数据进行保存，确认后，系统将修改后的商品信息数据保存到数据库中；如图3-5为商品信息管理界面。图3-5商品信息管理界面3.2.3商品记录查询在智慧仓储管理系统上位机的功能主界面中，点击上方菜单栏里面的信息查找，即可进入智慧仓储管理系统的商品记录查询页面，该界面的设计主要是便于查询商品出入库的记录，方便统计商品出入库是否错误，以及商品出入的数量和时间。通过该界面可以很直观的看到商品的信息记录。在商品信息记录的查询界面，在商品信息管理的界面中主要显示商品的名称、商品的编号、商品的状况、商品所存放的位置、商品的生产地、商品的出入库时间等信息，商品信息显示采用文本框控件，在界面作为显示，并且通过ADO控件连接数据库ACCESS，把商品的所有信息显示在DataGrid控件上，并且再通过CboFields控件，可以选择需要查询的商品信息条件，可以通过选择商品的编号、商品的名称、商品的入库时间、商品的出入库状况、商品的电子标签卡等信息进行查询，在Text控件中输入需要查询的商品信息关键字，在点击Command确定查询按钮，系统将会自动在数据库中根据筛选的条件，筛选出符合查询条件的商品信息，并将符合条件的商品信息显示在DataGrid控件上。如需退出商品记录查询功能界面，点击返回菜单按钮，就会返回主界面，便于主界面及分界面的切换。4系统调试4.1单片机调试主控制芯片是STC89C52单片机，单片机最小系统焊接，焊接成功后把芯片插到最小系统的插槽里，接通电源后拨开开关，最小系统开始正常工作，通过万用表的检测STC89C52芯片检测每个引脚焊接是否正常，STC89C52芯片最初的内部程序会使所有的单片机I/O口频率为1HZ方波输出，利用LED灯在以1HZ的频率闪烁，说明芯片和最小系统可以正常工作，也可以通过这个方式排出焊接失误。在最小系统焊接和芯片摆放都无误的情况下，程序下载是通过单片机I/O口P3.0、P3.1，在下载过程中烧录软件选择对应HEX文件程序，选择好通讯串口号、调整下载波特率、对应的芯片型号，然后在下载程序，将编程好的HEX文件通过串口线烧录下载到单片机，烧录软件界面将提醒烧录成功或失败等原因。4.2射频模块调试系统上射频模块的调试，要注意射频模块采用3.3V电压，如果直接用5V电压容易导致射频烧坏无法正常工作，在系统设计中采用两个二极管来进行降压，使系统在3.3V左右，确保RC522射频模块能稳定运行，调试通电后射频右下角的红灯亮着，代表射频模块正常工作。此时拿一张电子标签放在射频读卡器上，听到蜂鸣器响，并且系统界面显示卡号信息，说明射频识别测试成功。4.3蜂鸣器报警调试系统报警提示选用的是蜂鸣器，焊接过程中蜂鸣器焊接三极管为了放大电流才能驱动蜂鸣器工作，蜂鸣器电路焊接的过程中，要区分好三级管的引脚基极、发射级、集电极，单片机通过高低电平控制三极管开关直接驱动蜂鸣器，读卡器在识别电子标签的过程中，判断电子标签是否有效，会根据识别的实际情况，进行相应的区分，蜂鸣器会做相应的提示，识别到的是有效电子标签卡后，蜂鸣器会响一声，并在上位机界面显示货物的具体信息，若识别到无效的电子标签卡，蜂鸣器会响两声提示，上位机也显示无效卡。4.4LCD12864液晶调试系统显示的屏幕选用LED12864液晶屏，LED12864液晶屏有20个引脚采用串联焊接，检测LED12864液晶屏的引脚与单片机IO口连接，以及在程序中定义的IO口是否一一相对应的，如果不对应，将会导致屏幕显示与实际显示不一致的情况，并且在程序下载后，观察液晶是否能够按要求显示内容。在通过切换功能按键来进行测试液晶显示切换时，液晶屏能根据按键切换的功能，从而来进行液晶界面的切换。如果没有根据要求显示时，需要重新检查电路焊接是否有短路、断路的情况发生，以及要检查液晶程序中的时序地址码是否存在问题，这些都有可能导致液晶无法根据实际要求进行显示。4.5电源调试系统需要的5V工作电源，使用过程中可以选用电脑USB、充电宝、手机充电器等对系统进行供电，供电的电压过高容易导致系统功能模块被烧坏，供电的电压过低会导致系统无法正常工作。在电源使用过程中最好在电源正负极加个电容，来过滤掉电源中的杂波，这样以来系统更加稳定于5V电源工作中。4.6串口模块调试系统的串口通信测试是先安装好串口驱动和测试RS232串口通信的工具，将硬件设备通过USB线连接电脑，安装好串口驱动后打开能看到COM2、COM3等串口，然后在空白处右键点击管理，进入设备管理处查看安装是否成功，安装成功后找到并打开测试RS232的工具，下拉选择串口COM3,打开调好波特率，点击发送按钮，讲硬件设备断电后重启，能看到窗口在生成程序，代表RS232通讯成功，如图4-1。图4-1串口通信测试5结论从最开始的选题，再到准备开题报告，其实选定毕设题目就要确定功能的设计，功能确定主要以射频模块为主时，遇到射频模块在仿真软件上无法进行仿真操作，只能通过实物焊接后才能进行调试作品的设计是否合理成功，购买元器件时都是往多的买，起初元器件调试不成功，元器件烧坏都是分分钟的事，功能模块的选择也是掺杂着些许偷懒的成分，往往都选简单的，容易操作的，但是在了解完功能模块相关资料之后，才发现并没有简单的可以做选择，没有捷径的路可以走，还是要脚踏实地一步步来，射频模块的设计就是不断的摔坑，电压的问题，烧坏才明白问题在哪里，成功都不易，在哪里跌倒就从哪里爬起来，通过这次毕设设计，我懂得的凡事开头难的道理，但