【基于物联网的智能仓库管理系统8200字（论文）】

引言随着信息化和商业的发展，企业必须运用科学的信息技术对企业进行管理，从而提高仓库管理的效率。因此设计的智能仓库管理系统智能化去管理仓库还是非常必要的,文章中对系统基本信息管理、货物入库、货物出库、库存管理、系统日志等功能进行了分析和设计。它既能保证对商品信息的实时准确掌握，又能节省时间和人力成本。它还可以有效地管理仓库中的货物，减少人工失误造成的损失。第1章基于物联网的仓库管理系统整体设计1.1系统总体需求根据企业调研的需求本系统的设计主要包括以下几个功能:货物基本信息管理主要负责货物信息的编辑、删除和添加；库存管理包括对商品数量的查询；人员管理是对进入和离开的员工进行登记、查询等操作；出入库货物的主要是对出入库货物进行状态和数量的记录；该系统功能齐全，操作方便，实用性强，可以提高公司仓库管理的效率。1.2系统功能需求分析1.2.1基本信息管理需求分析基本信息管理应该具有多个信息管理功能，通过这个功能，管理员可以对仓库中的商品信息进行删增改查，使信息管理工作更加方便、高效、准确;仓库管理系统层级如图1-1所示，员工管理包含在图1-2中。图1-1仓库管理系统层次图图1-2人员管理过程层次图1.2.2出入库管理需求分析出入库货物模块应具有出入库货物的相关功能，用户可以通过该功能记录商品入库和出库的详细信息，与人工操作相比，在很大程度上保证了货物进出仓库的准确性，货物入库及入库管理流程图如图1-3所示。图1-3货物出入库管理过程层次图1.2.3库存管理需求分析库存管理可以根据货物名字、产地、商品数量和其他的条件字段来查询，用户通过库存管理可以很方便的查找到商品的入库数量和仓库明细；库存管理的层次结构如图1-4所示。图1-4库存管理层次图1.2.4系统基本设置需求分析基础仓库信息管理应该具备若干信息管理功能包括货物、仓库、生产场所等，通过该功能员工可以对这些仓库中的货物信息进行删除、增加、修改、查询等操作，大大提高了货物仓库管理的效率。员工管理仓库中的员工，确保员工信息的准确性和完整性，也保证了仓库的安全性。1.3业务流程分析1.3.1总体业务流程分析RFID的核心部分是电子标签，当供应商带来货物并需要进行入库操作时工作人员应先制作电子标签。进入仓库时货物上的电子标签被仓库门上的读卡器扫描，一旦电子标签被扫描主机将自动更改库存。一旦货物进入仓库员工就可以实时监控有关货物的信息以及它们在系统中的存储位置。当需要出库时工作人员可以根据货物在系统中的存放位置快速找到货物，使用手持终端阅读器读取货物上的电子标签进行入库操作。1.3.2入库业务流程分析货物由供应商发货工作人员会根据表格对货物进行检查，看货物是否符合表格要求，如果货物不符合表格要求，他们需要和供应商沟通解决问题。当货物与单证上注明的货物一致时，接收货制作电子标签并粘贴在货物上准备入库，仓库门口有一个固定的RFID读取器，读取器可以检测存储在IC卡上的商品信息并将存储在IC卡上的商品信息输入ACCESS数据库。入库业务流程如图1-5所示。图1-5入库管理业务流程1.3.3出库业务流程分析当货物出仓时一定要先确定货物出仓，然后通过仓库管理系统确定货物的位置并进行提货，员工通过RFID手持式读卡器扫描待出运货物的IC信息，确认所选货物与待出运货物的一致性。如果货物信息不一致将会重新提货。如果选中的货物信息与需要导出的货物信息一致，则状态发生改变发货成功。系统会自动记录货物的发货记录，并刷新存储在ACCESS数据库中的货物数量信息。出库业务流程如图1-6所示。图1-6出库管理业务流程1.3.4库存查询流程分析进行货物库存查询时先选中菜单键然后选择里面的查询，查询界面会有一个选择查询条件的下拉框，这时就可以选择ID或者生产地或者名称进行货物查询。业务流程如图1-7所示。图1-7库存查询流程图1.4设计任务及要求1.4.1任务和要求内容(1)这三个按键分别是注册键、菜单键和撤销键，只有已完成注册在ACCESS数据库中有数据的IC卡刷卡才有效否则刷卡时会显示无效卡。(2)LCD显示无效卡或者卡号，有效IC卡号通过硬件传输给上位机，软件读取ACCESS数据库并向上位机显示仓库信息。(3)上位机有仓库管理人员登入，管理员可以对仓库信息进行改删查增等管理，也可以对进入到仓库里持有IC卡的员工进行管理。(4)当下位机进行IC卡刷卡操作时，上位机首先判断该卡内存储的货物状态信息，若是入库的状态则修改该货物的状态为出库，改变该货物的库存数量等信息，若是出库的状态也同样的数据处理。(5)同样对人员管理的操作，当刷卡时也是先判断该持IC卡的人员是在仓库内还是不在仓库内，若在仓库内刷卡时则将状态改为不在仓库内，若不在仓库内则将状态改为在仓库内。(6)系统可以对在仓库内的所有货物进行根据货物名和生产地和出入库状态等字段信息进行查询，也可以对进入仓库的员工进行管理，并且将所有数据保持到数据库access，方便仓库的管理员工管理。1.4.2系统设计方案本设计主要采用Intelc系列单片机STC89C52作为主控制器，读卡器读取IC卡上存储的信息传输信息，并对主控制芯片上的独立按键进行数据处理，IC卡中的信息和独立的按键信息存储到传送给上位机的数据流中，上位机将IC卡存储的信息与ACCESS数据库进行比较和判断。如果IC卡存储的信息符合ACCESS数据库信息，就会向下位机发出指令打开LED灯一次，上位机调用ACCESS数据库中的信息，将仓库信息显示到12864LCD上。如果存取数据库信息不符合，上位机和下位机的蜂鸣器模块会报警两次，上位机可以管理仓库货物和仓库工作人员的信息。1.5模块选择基本方案1.5.1单片机方案选择和论证方案一选用STM32芯片，STM32芯片包含丰富的资源具有AD/DA数据采集、看门狗、多通道定时器、串口等功能但芯片价格较贵、软硬件复杂、STM32适用于较为功能复杂的设计。方案二采用Inter公司的STC89C52芯片作为主控器，此方案的优点有价格便宜、定时器、看门狗、编程和硬件操作简单、等优点，C52芯片适用于许多小型作品。本系统不需要大量的资源而且操作容易，故STC89C52芯片是最为合适的选择。1.5.2显示方案方案一使用数码管的显示系统,数码管的显示更明显、体积小、操作方便,但数码管的焊接硬件是困难的显示的字符并不多,数码管适用于字符数量不多的显示。方案二采用12864液晶屏作为显示界面，12864液晶屏显示大方、12864液晶屏显示内容广而且使用起来特别简单。根据需求分析射频需要把感应到的IC卡号在液晶上进行一个数字显示，还得有几位汉字字符显示，从正常的思路来讲，本设计采用12864液晶作为硬件的内容显示是合理的。1.5.3按键方案方案一采用独立按键作为按键输入，编程简单使用便捷，不会占用太多MCUI/O。本系统的按键需要注册和撤销两个功能因为I/O口不多此方法是可行合适的。1.6RFID射频主要技术RFID的主要工作原理:如果IC卡和射频模块的距离射频模块达到被识别的范围,阅读器会接收卡的时序信号,然后它将获得的信息感应临时存储并向单片机传输数据,传送到单片机进行处理。该读卡器由接口单元、耦合块、控制块等组成，同时该读卡器为应答器提供了容易的耦合和能量供应。本设计感应识别选择的是RC522，RC522的外观如图1-8所示，高度集成的非接触式刷卡通信频率为13.56MHz。RFID技术是由IC卡、读卡器等一些简单功能组成。其原理是阅读器发送应答器可以接收的无线电，应答器诱导完成后读取器将获得相应的数据序列并对程序进行处理。图1-8RC522读卡器第2章硬件设计2.1硬件设计总体框架智能仓库系统硬件主要有12864液晶显示、蜂鸣器、射频、STC89C52主控芯片、串口、上位机、独立按键等组成。射频先感应IC卡然后传输给单片机处理，主控芯片将卡号转换成数据流传输给PC机，PC机将通过串口来传输信息处理单片机将再次采集按键是否按下的信息并传送到PC上，符合访问数据库的信息上位机将发送指令给单片机控制LED灯亮一次蜂鸣器响一次提醒。图2-1硬件总体框架2.2单片机主控模块52单片机有40个引脚，P1~P3的I/O均为漏电输出，P0因为没有上拉电阻的缘由因此P0在用到的时候需要增加一个上拉电阻。复位和晶体振荡器共同构成单片机的最小系统。图2-2ST89C52最小系统2.3液晶显示模块12864这个控件一共有20个功能不同的引脚,从下图可以看出左到右VSS是接地端连接到GND、VCC连接5V正电源V0接口用于调节LCD对比度GND对比度高VCC对比度低。图2-3液晶显示电路2.4IC卡读卡器工作原理读卡器检测到IC卡在感应范围,射频会给内部电容的两端充2v的电压,随后这个电压传送给单片机，主要的控件就可以读取刷卡时的那张卡号，如图2-4所示。图2-4RFID射频工作原理图2.5独立按键模块本该系统的撤销和注册是一个独立的按键模块，按键里面有四个引脚每两对引脚一起连接。在这个系统中有两个引脚是不需要的。按键的一引脚与电源相连按键的另一个引脚与单片机的引脚相连。当按下按键时单片机所连接的引脚与电源所连接的引脚形成闭合电路，单片机引脚通过所检测到的电平执行相应的指令。当按钮打开时指示与电源连接的引脚和与单片机连接的引脚形成断路，当按钮被按下时单片机将停止执行指令。图2-5独立按键电路图2.6蜂鸣器报警器蜂鸣器的主要功能是发出声响报警，蜂鸣器的使用需要比较大的电流，三极管就是起到这个作用的，单片机根据电流的高低对蜂鸣器进行管理驱动，蜂鸣器的连接电路如图2-6所示。图2-6蜂鸣器的连接电路蜂鸣器可分为主动和被动，主动本设计用的是被动的蜂鸣器，被动的蜂鸣器激发后的谐振腔密封的蜂鸣器是完全反过来的它适合声音声调高的或者更大的电压声响更加清晰；（40~80ma*2.5khz左右）。如图2-7和图2-8所示。图2-7蜂鸣器图2-8蜂鸣器电路图三极管的类型使用9012型，如图2-9所示。图2-9三极管2.7电源模块本套系统采用5V供电电源，在供电过程中可以采用电脑USB、充电宝、手机充电器等进行供电，在本套系统中供电电源太高的话容易导致作品被高电压烧坏，电源太低会导致本套系统不能正常工作。在电源头1引脚是正极端口，2和3引脚是负极端口，使用电源时最好在电源的正负极加一个过滤电容，过滤掉杂波，因此系统才能更加稳定的在5V环境中使用，电源才能更好的为其他模块供电。如图2-10所示。图2-10电源电路第3章软件部分3.1注册、撤销程序流程框硬件和上位机连接成功后，各个部件先进行初始化，单片机会对按键有没有按下开个线程做个判断，如果按下了，在对射频这一块进行一个判断，有没有刷卡，要是没有的话就直接结束。若是此时有卡在刷，就再来看看按下了是撤销还是注册，一个是撤销，则会对正在刷的那张卡在数据库里的内容给删掉，另一个是注册，注册的功能是给卡的信息保存在数据库里，再次刷注册过的卡时，卡的信息就会显示在软件上。这两个操作无论是成功或者是失败都会显示在液晶上，蜂鸣器都会提醒。如图3-1所示。图3-1注册、撤销程序流程框3.2主程序流程框开始时，各个模块进行一个初始化的过程，感应区感应有IC卡进入到射频范围之内，随后上位机来判断一下access文件里面是不是有这个卡的信息，如有，那么上位机软件会把和卡对应的货物的一些数据填入enter框里，LED灯会亮，蜂鸣器提醒一次。但文件里要是没有卡的信息，液晶会显示无效卡，蜂鸣器长鸣两声。即与上位机相符的IC卡存储信息，上位机就会调用ACCESS数据库信息直接显示给上位机，上位机具有商品查询功能用鼠标在界面上单击查询按钮选择查询条件，系统将查询当前数据库中的商品信息，条件进行关键字的比对，比对成功后将数据库中符合查询条件的货品显示到主界面上。如图3-2所示。图3-2主程序流程框3.3液晶流程框在此次系统设计的开机时系统的初始化步骤如下,12864液晶先初始化,然后读取指令信息显示欢迎的界面，当IC卡与射频模块的距离很近时,液晶开始进行清屏操作,显示此时刷卡的卡号等信息，若是没有注册过的IC卡刷卡时,液晶将显示卡识别失败。如图3-3所示。图3-3液晶流程图3.4射频流程框当IC卡刷卡时，读卡器会接收到IC卡发出的信号，并且读卡器将接收到感应的信息进行存储，然后读卡器将发送请求碰撞、指令等操作，最后读卡器读取IC卡的信息并进行解码操作，发送到主控芯片处理。图3-4射频流程图。图3-4射频流程图3.5上位机登入界面上位机的EXE程序用VB语言编写，数据库中使用Access来保存仓库中货物和仓库工作人员的信息。打开EXE软件时仓库系统会先调试登录界面如图3-5所示，管理员得先输入正确的account和password，然后在点击左下角的确定按钮，系统将管理员输入的account和password验证一下，若符合验证的信息就会跳出仓库系统主界面，不符合验证信息的会进行提示。图3-5登入界面3.6上位机选择串口数和单片机通信波特率的主要接口主机(串口号可以通过我的电脑检查设备),选好后点击启动。刷卡时卡通过串口线连接把卡的内容传到上位机,上位机将调用数据库进行ID卡的比对验证，找到信息的话，将货物或者人员的信息显示到界面,菜单上有个功能可以员工或者商品进行删改增等功能。如图3-6所示。图3-6上位机界面3.7烧录软件介绍烧录软件可以把程序写进在单片机内部，在烧录软件的中点击打开选择.hex文件，点完以后，下面还有其他的选项，这个时候就要选择型号和序列号等，最后点一下下载程序，如果弹出成功的界面，就说明程序烧录成功了。具体的选择如下图3-7烧录图所示。图3-7烧录图第4章系统调试4.1单片机调试主控芯片采用C系列STC89C52单片机首先焊接单片机最小系统然后将芯片插入卡槽，打开电源使系统工作，然后通过LED灯检查芯片的引脚是否正常工作，如果不能正常工作的话就要再次测验系统焊接或者芯片是不是可以正常工作。正常情况时,没用过的STC89C52型号的单片机内部程序会使单片机所有的输入输出口输出频率为1HZ方波，如果LED灯以1HZ的频率亮灭则表示最小系统是能够正常工作的,图4-1是单片机主控芯片图。检测到芯片和系统都能正常工作时，再来对单片机进行内部.hex文件下载，并且选择对应的正确的信息型号、选择对应的串口号等，然后点击下载程序，下载成功或者不成功软件都会进行提醒，成功的话就可以直接用了。图4-1单片机主控芯片图4.2独立键盘调试在系统的设计按键完成撤销注册,一个引脚和单片机芯片引脚连接在一起,还有一个引脚和地端接在一块。按下注册选项，12864相显示了一个注册的界面。经过测试按键可以正常工作，图4-2为独立按键模块。图4-2独立按键模块4.3射频模块调试此次设计的系统用的射频模块是RC522射频，在焊接过程中，检查一下RC522的引脚和STC89C52的I/O连接的是否和程序写的一致，电源用的是5V电源，但是RC522射频模块用的电压是3.3V，需要把5V转成3.3V才能使RC522稳定的工作，不然电压太大的话容易把设备弄坏。图4-3为射频模块图。图4-3射频模块图4.4蜂鸣器报警调试本设计的系统蜂鸣器主要用来作报警提醒，三极管对蜂鸣器起到电流增大的作用，在焊接时，三级管的集电极、引脚基极、发射级的不同要被注意，系统根据通过ST89C52的不同电平来控制三极管，从而达到控制蜂鸣器的作用。图4-4蜂鸣器模块。图4-4蜂鸣器模块4.512864液晶调试12864液晶显示，图4-5是12864显示模块。12864存在20个引脚，先判断12864的引脚和ST89C56的I/O的连接和程序设定的连接是不是一致的。经过下载程序后，观察显示是不是没有意外的。再尝试用按键来控制液晶的显示，若液晶显示和预想的一致，液晶显示正常，如果和想要的结果不一致的话，重新查看电路的焊接问题或者程序有没有写错，检查出液晶无法显示的原因。图4-512864显示模块4.6电源调试在系统中采用5V的电源去供电，可以选择用充电宝，电脑或者手机供电。在本套系统用的电压太大的话容易使系统坏掉，太小的话系统不能正常工作。最好加一个可以过滤电源杂波的东西。保证系统的稳定。4.7硬件调试此次设计焊接用的是洞洞板。设计合理的布局。否则布局没有设计好的话可能导致焊不下。或硬件板焊的太丑。焊接的时候可能存在开路，短路，或虚焊等。焊错的话，系统不正常，也不稳定。短路的话，电压太大，系统容易损坏。4.8软件调试在本设计中用C语言来进行程序编写，需要对C语言有一定的了解。对单片机的知识也要熟悉，单片机编程用的是keil4编程，可能编译的时候存在错误提醒，要先把错误提醒都改过来再编译运行。编译生成的没有错误的文件再烧录进单片机里面，如果一切正常的话，那么程序就没大多的问题，如果有BUG的话，要重新调试。一直调试到程序能正常工作。4.9整体实现先把每一个模块焊接完整，查看是是不是存在开路或者短路的问题，把程序烧录进单片机里面，供电的时候检查调试模块功能，通信的时候通过虚拟串口来调试，然后判断通信、显示、上位机、按键等是不是正常的。不正常的话，就得用程序重新调试。直到系统的每一个部分都能有序的进行工作。图4-6为系统整体实现图。以下是测试过程：首先进行模块之间的导线连接和卡槽插入。再给硬件用电脑供电，一切正常时，显示屏会进入到欢迎的仓库管理界面，LED灯开始亮起，蜂鸣器也会响一声，串口线和上位机相连进行通信。上位机和硬件通讯时一般用的是虚拟串口，选择主机的波特率和串口下位机就能刷卡IC卡号将显示在屏幕，同时上位机也会显示卡号检查一下上位机上的卡号和显示屏上的卡号可是一样的。上位机上是否显示卡的信息。（货物和人员的信息）图4-6系统整体实现图总结基于物联网的仓库管理系统大致完成。实现了货物从下位机刷卡上位机自动记录数据同步到数据库，等一系列数据的变化，并且实现了对数据的增删改查的功能。优点：本系统从入库到出库实现智能化的管理，省去了人工理货，记录数据的麻烦，省时高效。初此以外，本套系统还带有对持卡人员进出仓库的记录。增加了仓库的安全性。缺点：本套系统的功能单一，不能符合一些个性化企业的发展需求。可推广性意义：本套系统能满足企业的仓库管理需求。智能化的管理，省去了大量的人工成本费，同时数据的记录更加准确，将企业的利益和效率最大化。参考文献[1]安剑,孙秀梅,巩建华.VisualBasic项目开发全程实录.清华大学出版社,2011