【基于物联网的超市仓库管理系统设计与实现12000字（论文）】

基于物联网的超市仓库管理系统设计与实现目录30420摘要 的同步化程度的有效方法。联合库存强调供需双方同时参与，共同制定库存计划，大家在供应链库存管理的过程（供应商，制造商，分销商）从协调的考虑相互之间的保证对需求预测的供应链库存管理的节点，从而消除了需求变异放大现象。多级库存优化与控制在一个典型的供应链，主要目的在于在供应链的整体优化和控制，降低了整个系统的成本，要考虑的机构和对库存策略机构相互作用和这之间对各机构库存策略的影响。多极库存控制系统根据不同的配置方式，有串行系统、并行系统、纯组装系统、树型系统、无回路系统和—般系统。随着物联网，云计算和射频识别等智能技术的不断发展，商品监测信息技术的发展也依赖于这些高科技中。降低了工具的成本，并且管理变得更加方便。实现自动化，智能功能和环境网络监控。为了在未来建立全面的监测信息数据库，并为整个社会提供智慧型环境。第二章需求分析2.1仓库管理系统概述仓库管理系统（WMS）通过出入库，放置库存等功能。进行了批次管理。商品对应，库存的盘点，商品质检等多功能运用了仓库管理系统。通过了这个管理系统，有效的将商品的全过程进行了监控。从而完善了仓库管理系统的信息管理。2.1.1仓库管理简述仓库管理系统从一定程度上说明了仓库管理系统的主要任务是出入库以及内部管理。而WMS作为管理系统的重要一环，可以与财务系统、采购系统等系统进行交互信息。2.1.2仓库管理系统需求分析功能需求：（1）系统功能包括﹔产品入出库登记、增删库内信息、产品分类管理、报表生成、数据检测、数据警告。（2）系统管理员功能:增删工作人员信息、查询库内信息、工作人员权限区分。（3）用户功能包括:查询库内信息、查询出库信息、修改本用户密码。根据用户需求，该系统应该实现以下功能:（1）进出库管理，对进出库信息进行记录。（2）查询功能。仓库管理对查询要求高，通过主菜单记录当前操作用户的用户编号，保证了对进、出库信息录入负责人的确认。（3）应用计算机管理后，由于计算机能储存大量的数据，而且数据只要一次存入，便可多次重复使用，所以管理数据达到完整统一，原始记录能保证及时准确。

第三章总体设计3.1仓库管理系统总体设计仓库管理系统是把已有的条码扫码管理系统和ZigBee识别技术相结合，开发了ZigBee的协调器、路由器、和电子标签，组成了无线传感器网络。为了使出入库和盘点库存更加准确、快捷、共组成了三个ZigBee网络，分别是入库网络、出库网络和盘点网络。系统的整体架构如下图一系统的整体架构3.1.1入库每个货物入库前都会被安置电子标签,经过仓库入口时,扫描仪对货物的条形码进行扫描,同时入库协调器读取电子标签信息,仓库管理系统按照货物信息判断货物应存放位置,生成电子标签的ID号。上位机通过串口把ID号发入库协调器,再转发到标签,标签接收到数据后,保存此ID号,作为该标签的唯一标识。同时,在仓库管理系统提示下,由具有自动对应库位功能的叉车或传送带将货物送到相应的库位。货物存放到指定位置后,电子标签重新扫描所有网络，选择最合适的路由器作为它的父设备,并通过路由器把货物信息发送到协调器,通过串口发送到上位机,加入网络成功后,电子标签进入省电模式。3.1.2出库货物出库时,按照出货信息在上位机查找,查到后往协调器发送命令,即将出货的标签以及它的父节点路由器的LED全都点亮,方便工作人员快速找到目标。仓库出口同样放置出口协调器,负责接收即将出货的标签数据,货物在出库口时,自动添加到出库协调器的网络,出库协调器把接收到的数据通过串口发往上位机,上位机判断出货是否正确,正确则在数据库中把货物的记录删除,并将电子标签取下,以备重复使用;不正确则发出错误提示。3.1.3盘点库存上位机可通过网络协调器随时唤醒整个网络内的电子标签,自动清点库存并核实位置。商品会被放置在指定的仓库位子，会把所在的地方的路由器作为它的父设备，并通过了路由器把商品的所有信息发送到协调器，通过了RS-232发送到上位机,上位机会及时确认商品所在的位置是否正确，验证了没有错误之后上位机会把商品信息存储起来，之后商品的终端设备会进入到节能模式。3.1.4报警在商品上放置电子标签,利用其中的加速度传感器可以检测到货物的移动状况。设定一个报警阈值，当商品位置检测频率大于阈值时，产生振动报警中断,唤醒休眠的电子标签,通过路由器向协调器发送报警信息,上位机通过串口得到报警信息后，通知仓库工作人员迅速采取措施。此功能不但可以检测到货物因摆放不当而造成的滑落而且可以防止货物被盗。电子标签上的温湿度传感器能够检测货物周围的温度，同样设定一个温湿度的报警阈值,当超过阈值时,产生温度报警中断,从而对仓库内温湿度进行实时监控,保证仓库环境始终保持正常状态。3.2工作原理仓库管理系统是把现有的条码扫描管理系统和ZigBee识别技术相结合,开发了ZigBee的协调器﹑路由器和电子标签,组成了无线传感器网络。可以使商品出入库和库存盘点更加准确、快捷,共组成了3个ZigBee网络,分别是入库网络、出库网络和盘点网络。3.2.1ZigBee介绍ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术,主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据,间歇性数据和反应时间快的数据传输应用。ZigBee通信协议采用分层结构,节点通过在不同层上的特定服务来完成所要执行的各种任务。该系统采用的协议栈是由物理层(PHY)、介质访问控制层(MAC)、网络层(NWK)和应用层(APS)组成。其中应用层包括了应用程序支持子层、应用程序框架和ZigBee设备对象(ZDO)。。它适用于通信数据量不大,数据传输速率相对较低，分布范围较小,但对数据的安全可靠有一定要求，而且成本和功耗非常低，并容易安装使用的场合，在工业控制、智能建筑、家庭自动化、无线传感器网络、能源管理、智能交通、个人护理等领域都有用武之地。在动态信道选择了ZigBee个人区域网(PAN)中的协调器。第四章硬件设计整个仓库管理系统由三个部分构成:数据采集、数据传输和数据显示。数据采集模块由传感器和CC2530节点两部分构成:传感器感知外界信号:CC2530节点对传感器采集的信号进行处理，使之成为数字量。数据传输模块为路由节点，它在网络中仅起数据转发和扩大传输距离的作用，并且路由节点通过路由将CC2530节点采集并处理的数据无线传递给协调器。CC2530是TI公司第2代ZigBee/IEEE802.15.4RF片上系统,由于该芯片工作周期短、收到发送消息的功耗较低以及采用了休眠机制节省能源,终端只需要两节平平无奇的5号干电池就可以工作6个月到2年。在芯片中说明ZigBee协议,协议相对简易而且所需要的内存空间是比较小的,在一定程度上减少了ZigBee的成本，每块ZigBee芯片只需要两美元，而且ZigBee在协议也是不需要这个专利费的。CC2530在内存大小、封装尺寸等方面早就超越了CC2430芯片，所以该设计采用CC2530芯片。传感器模块主要有温湿度传感器、CO,传感器,烟雾传感器、红外传感器,这些传感器连接在ZigBee终端节点上，采集粮仓数据并通过串口传给ZigBee模块。为了能更准确采集粮仓数据,温湿度传感器选用DHT11数字温湿度传感器,这是一种具有超小的体积、极低的功耗并且在极为精确的湿度校验室中经过校准的数字温湿度复合传感器0。CO,浓度传感器选用MG811,它对CO,有良好的灵敏度和选择性,受温湿度变化的影响较小,具有长期的使用寿命和可靠的稳定性以及再现性甲。烟雾传感器选用MQ-2,它成本低、寿命长,在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度。红外传感器选用HC-SR501,这是一种灵敏度高，可靠性强,具有超低电压工作模式的传感器,它广泛应用于各类自动感应电器设备。ARM网关层硬件选用ARMCortex-A8,它采用的主处理器是三星的S5PV210,运行主频可高达1GHz,带有480×800的可触摸液晶屏以及以太网口。该模块主要负责网关功能以及控制ZigBee协调器。系统硬件由三个部分构成:ZigBee终端节点、ZigBee路由节点和ZigBee协调器。图二系统硬件构成4.1.1终端ZigBee终端节点由CC2530核心板、外围电路和传感器三个部分组成。CC2530核心板是由业界标准的增强型51单片机和RF无线射频模块组成。因为CC2530的拥有许多的运行模式，可以让它尤其适用系统对低功耗要求的。核心板原理图如下所示图三核心板原理图设计了一种基于ZigBee的仓库管理系统。这个系统利用以下五种传感器:温湿度传感器、CO,传感器,烟雾传感器、红外传感器。当受到了外界触发时，这些传感器及时采集外界物理量参数，马上和相关的ZigBee节点处理之后，通过ZigBee路由节点传给协调器，协调器通过串口将这些数据传给上位机VB软件进行处理，显示出各种传感器的参数值，并将数据存储到后台数据库中。在局城网内，通过浏览网页的形式查看仓库内情况，便于管理员快速做出决策，如打开通风孔，打开遮阳板等。4.1.2路由器ZigBee路由节点仅仅作为数据转发的中转站，寻找最佳路由，提高数据传输距离，故其硬件原理图与ZigBee终端节点大致相同，只是缺少传感器连接设计。4.1.3协调器ZigBee终端节点可以采集相关的一些数据通过路由器节点无线发送给协调器，使得实时看到发送过来，在协调器上加了LCD12864液晶屏,这样可以工作人员快速查看，相对与其他硬件部分与ZigBee路由节点基本相同。都包括CC2530、LED、电源电路、天线,只是路由器不含有串口通讯电路,协调器负责接收所有路由器收集到的电子标签的信息,并通过路由器向电子标签发送命令信息。4.2.1电子标签硬件设置电子标签包括CC2530、MAX232、LED、电源电路、天线电路、SHT11温湿度传感器和adxl345加速度传感器,SHT11是瑞士SENSIRION公司生产的温湿度—体传感器,2线制的串行接口与内部的电压调整,使外围系统集成变得快速而简单。微小的体积、极低的功耗,使SHT11成为温湿度检测的首选。它的相对湿度(RH)测量范围是0~100%,测量精度±3.0%;温度测量范围是:-40~123.8℃,测量精度±0.4℃。通过同步串行接口SPI总线方式和CC2530进行通信,SCLK和SDO连接在P2_1和P1_7引脚。ADXL345是ADI公司推出所采用MEMS技术具有SPI和12C数字输出功能的3轴加速度计,具有小巧轻薄、超低功耗、可变量程,高分辨率等特点。它只有3mmx5mmx1mm的外形尺寸;最大量程可达±16g,可采用固定的4mg/LSB分辨率模式,该分辨率可测得0.25°的倾角变化。ADXI345选用通过SPI和CC2530交换信息,连接在PO_2、PO_3和PO_5口上。终端采用电池供电方式,采用3.0V的纽扣电池,以保证电子标签体积小巧方便安装。电子标签初始化之后变成了无信标网络中的终端设备。上电复位后,就可以搜索指定信道上的网络协调器,并发出连接请求。在建立连接成功的情况下,从电子标签将得到网络短地址,并使用非时隙CSMA-CA机制,通过竞争取得信道使用权,向路由器发送数据。通过中断检测有没有按键报警,有报警则把信息发往路由器进行转发,电子标签每30s秒读取1次VO接口上的温湿度传感器和加速度传感器数值,有报警产生时,置相应的标志位,把报警信息发往路由器,如果检测到有盘点信息,则把该标签的信息发往路由器,数据发送成功后,这个标签就会马上进入到睡眠状态,最大意义上地降低了功耗,延长了节点的电池使用时间。图四协调器和路由器硬件设置

第五章软件设计5.1软件系统结构系统软件的设计方案是物联网设计出超市仓库管理系统的核心和本质，数据的采集和读取以及各传感器信号的处理由软件系统控制。整个系统主要由数据采集层，ARM网关层,以及应用层三大部分组成。数据采集层主要通过ZigBee终端节点的传感器采集粮仓数据后经ZigBee无线传感网络发给ZigBee协调器。ARM网关层与ZigBee协调器相连,可以接收并处理来自ZigBee的数据,也可以接收并处理来自服务器的指令。网关与ZigBee协调器通过串口的方式进行数据传输,与服务器通过TCP/IP协议进行数据传输。应用层有Linux服务器和客户端。Linux服务器将ARM网关层传来数据进行分析处理并保存;客户端为具体的图形接口程序(主要是PCQT应用),将从Linux服务器上获取的有关粮仓环境的数据以图形化接口展现给用户。5.1.1数据采集层传感器通过串口与ZigBee模块CC2530相连,各传感器模块将采集到的实时数据信息经A/D转换并处理后转化成相应格式的数字信号,然后通过ZigBee无线传感器网络传送给ZigBee协调器,同时接收从ZigBee协调器发送过来的指令,收到指令后执行相应地操作。ZigBee协调器接收到ZigBee节点采集的数据后进行分析、处理然后通过ARM网关发给服务器。由于传感器在采集粮仓数据时会存在一定的误差和干扰,使得采集到的数据与真实值存在一定差异,为了准确地监测到粮仓环境信息,本系统采用去极值平均滤波法对采集到的数据进行处理。各传感器每采集6次数据就做一次处理。采用去极值平均滤波法对采集到的数据进行处理,使得传感器采集到的数据更接近真实值。图五数据采集5.1.2网关层设计ARM网关层主要有两个功能:网关,因为可以实现得了监测区域各传感器和一些外部设备之间得数据以及指令信息的双向相互传递；让它成为重要得仓库监测区域的“控制中心”，需具有对数据和指令作基本的分析、处理以及暂存的功能。根据以上需求,该层硬件采用ARMCortex-A8。它可以通过串口和协调器通信,通过TCP/IP协议和服务器通信。接收到了协调器从各个终端节点采集的不同的数据信息,分析处理后发送给服务器。同时向协调器传输下达服务器的数据信息。可以通过几种手段来查询到底层的传感器所采集的数据信息,用来控制最终的设备阈值。网关层软件设计流程图如图所示。图六网关层软件设计流程图由于ARMCortex-A8支持Linux系统,本部分程序采用LinuxQT设计,加入了GUI图形界面,可将网关部分的程序以图形化的形式显示在480×800的可触摸屏上,以达到直接监测的目的,当应用层网络(TCP/IP协议〉断开时，仓库工作人员可以在仓库附近通过ARM端监测仓库环境。5.1.3服务器设计服务器采用Linux操作系统,其具有开源且功能强大、移植性强,安全性相对较高的特点,有着承上启下的重要功能,它为本系统的用户层跟底层之间提供了类似桥梁的通信功能,同时也是大数据储存的载体。服务器软件设计的核心是TCP/IP协议、多线程以及数据库sqlite3。TCP/IP是服务器与网关以及与客户端之间通信的协议,多线程用于建立与多个客户端的连接;数据库则用于存放和读取网关和客户端信息及客户端发送的数据。服务器软件如下所示。图七服务器软件5.1.4客户端设计客户端分为两种:一种是管理员,提供管理操作员和分配仓库的功能,查看当前所有操作员和仓库,并为操作员分配和撤销仓库,以及添加和删除操作员等;另一种是操作员,提供监控和管理仓库的功能:查看自己管理的仓库的所有测控点和具体的测控点的温度、湿度、CO,浓度等信息，可以异常报警和实时显示仓库环境信息，还可以手动采集仓库的实时监控信息。此外,还可以折线图和表格的形式查看某个仓库在具体某一段时间内的温度、湿度、CO。浓度等信息记录,并且可将折线图导出为PDF格式保存v将表格导出为EXCEL格式保存。5.2.1上位机数据显示程序数据主要是放在了上位机，其中涵盖了两个部分。分别是显示程序包括数据处理和信息查询。想实现数据处理，必须要通过VB6.0实现，其中就有串口通信与数据处理和一些数据显示。通过使用了MSComm控件来实现了串口的通信。便可以迅速方便地连接上了协调器节点。也及时对收到的数据进行一些处理。在终端节点上，可以把一些有关信息无线发送给了协调器。协调器便通过了串口将信息发送给了VB上位机软件，在VB中得到了相对性的处理。而且还可以将收到的数据信息在VB界面上显示。VB界面上的将会出现这些温湿度传感器、CO,传感器,烟雾传感器、红外传感器数据信息。通过了传感器的数据通过VB处理显示后，便快速便捷并同步存到后台SQLServer数据库服务器中。让用户需要使用以往的数据将会比较方便。

第六章系统配置与测试6.1方案设计在总体设计上，我们把系统分为了信号采集发送部分、信号接收传输部分、信号显示监控部分。信号采集发送部分分别是信号采集模块和ZigBee射频模块;信号接收传输部分涵盖ZigBee射频模块和信号传输模块;信号显示监控部分是在windowsCE5.0的基础上嵌入式技术的显示监控系统。在通信发送上，信号采集发送模块与信号接收传输模块之间的通信，我选择了ZigBee无线通信技术。这是由于ZigBee无线通信技术在短距离通信上具有较强的抗干扰性、低成本、低功耗等特性，能够满足实际应用的需求。在信号接收传输部分与信号显示监控部分之间的通信，我选择了RS232总线通信，其被应用了多年，理论和实际应用经验都很丰富，便于开发。6.1.1IAR编译调试器整个程序在IAREmbeddedWorkbench环境下开发,在T1ZStack协议栈的基础上,编写了系统的应用程序代码,编译通过后,使用仿真器下载到ZigBee设备中进行调试。系统软件主要包括协调器节点程序、路由和终端程序。ZStack提供了丰富的函数调用接口。IAREmbeddedWorkbench集成的编译器主要产品特征：高效PROMable代码;完全标准C兼容;内建对应芯片的程序速度和大小优化器;目标特性扩充;版本控制和扩展工具兼容性比较好;便捷的中断处理和模拟;瓶颈性能分析;高效浮点支持;内存模式选择;工程中相对路径支持。IAREmbeddedWorkbench在许多开发工具中是一套相对最完整的集成开发工具的集合了。涵盖了工程项目的建立、代码编译器、和C/C++编译器、连接器、调试器的各式开发工具。与其他的辅助工具相辅相成紧密连接在一起的，可以让用户在使用这一套工具开始开发和调试。仅仅通过使用了开发环境的界面，便可以快速的完成了多种微控制器的开发工作。6.1.2睡眠及唤醒在ZigBee终端工作的环境中，稳定的市电供电一般是不会有的，我们必须采用电池供电，而电池的电量毕竟有限，长期更换电池不仅增加了工作量，成本也在无形的增加。因此，在ZigBee终端完成指定任务后，让其处在极低功耗的睡眠状态是必不可少的一项功能。在这里，我们为设计的ZigBee终端就增加了这个功能，它包括了睡眠和唤醒两个部分。6.1.3电池供电由于信号采集模块需要根据需要移动到不同的监控点，在这些监控点不一定有市电插座，为了减少布线的麻烦，体现ZigBee无线技术的优势，我们为信号采集模块添加了电池供电电路。它是由3个5号电池基座构成，用于放置三个普通的5号电池。在一般工作状态下，它们可以保证这个节点正常工作1到2年的时间。电池供电电路的正负两极连接到了该模块市电供电电路上。在有市电接入的情况下，可以自动转换为市电供电。若这三块5号电池为可充电电池，还可以为电池充电。6.1.4采集温度信息在这个设计中，用于采集温度信号的传感器我们使用了DS18B20。根据DS18B20的通信协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤;每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功以后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500us，然后释放，DS18B20收到信号后等待16—60us左右，后发出60—240us的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。还需要注意，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格地保证读写时序，否则将无法读取测温结果。图八读取温度6.1.5采集电压信息该部分是为了采集外部电压信号。由于CC2430芯片的内部集成有A/D转换的功能,所以在这部分的设计中，直接将模拟信号接入CC2530芯片的内部，启用其的AD转换功能即可实现模拟电压信号向数字信号的转换。6.1.6信号接收传输模块信号接收传输模块的作用是接收ZigBee终端采集的数据信号，通过串口将数据发送给监控显示终端;还可以接收来自监控显示终端的指令，控制ZigBee终端的状态(睡眠/唤醒)。

第七章设计总结及分析该研究提出了将传统仓库管理系统与ZigBee技术相结合的仓库管理系统方案，采用树型拓扑结构，实现了仓库管理系统的智能化，通过实际测试，能高效地完成入库、出库和盘点等业务操作，提高物品出入库过程中的识别率和效率，减少了盘点周期，提高数据实时性，减少了一些人力成本，防止出现一些意外发生，实时动态了掌握仓库的库存情况，实现了生产过程中信息实时处理和数据采集自动化的要求。（1）本文以仓库管理系统为研究对象，分析介绍了物联网应用技术和仓库商品监测的应用。此外，还描述了国内外几种常见的短距离无线通信技术。根据现在一些大型超市对仓库管理的需求。来进行这次研究。（2）根据系统的功能需求，以及我对物联网应用技术的掌握和了解，对系统的硬件和软件的设计提出了合理要求，关于超市仓库管理系统的整体设计部分已经完成，包括芯片的选择和无线传感器网络模块电路的设计。其中，重点是本文所需的各种传感器硬件做了详细介绍。（3）研究了ZigBee无线传感的技术，深刻地认识到了ZigBee网络体系结构、以及和星形拓扑结构和树簇形拓扑结构。和一些相关的无线通信协议。完成了ZigBee终端和ZigBee协调器之间的星形网络组建工作。了解了ZigBee无线通信协议和它可以应用的领域。根据硬件设计的需求来进行分析，完成了无线通信采集模块和无线信号接收传输模块的软件设计和是否正确调试。综上所述，本文设计了基于物联网的超市仓库管理系统，能够基本满足超市仓库管理系统设计的要求，为了使系统更加完善，充分实现系统的智能化，在将来可以不断来补充。虽然所做的毕业设计不是特别完善，但是已经竭尽所能了。

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