【《基于物联网技术的智能化电商仓拣选系统设计》12000字】

-2-摘要现阶段，我国电商物流正在急速发展，但是大部分电商仓的订单拣选作业依然采用以人工为主的传统作业方式；传统作业方式存在拣选、播种环节效率低、差错率较高、账实不符、易受上游环节制约等问题；且人工作业的差错率与工作时长成正比、与工作人员的经验成反比；当采用人海战术应对电商促销时上述问题成为制约仓库作业效率的主要问题。本设计系统以物联网技术为核心，在补货、拣选播种、库存管控等方面实现信息化、智能化的拣选系统，能很大程度地加强拣选作业的人机交互，降低仓库资源浪费。基于此，本文完成了以下工作：调研了我国知名物流企业电商仓的作业现状，并以某物流公司电商仓作业方式为基础，做了问题分析，确定了智能化拣选系统的各项需求，并对本设计系统构建三层架构，划分为感知层、网络层和应用层。为已规划好的系统架构选择合适的硬件设备，对上诉子系统该有的功能进行详细的设计和实现。针对作业纠错、账实不符等方面的问题做出解决方案，并在IAR开发平台上为硬件设备设计代码以此实现系统的功能需求，并在进行了测试后算出采用该智能化拣选系统的作业效率。关键词：物联网，智能化拣选，库存管控1引言2019年国家发展改革委、交通运输部等24个部门联合发布《关于推动物流高质量发展促进形成强大国内市场的意见》指出，应积极推动物流装备智能化、高端化的应用。在工业4.0浪潮中，各快递企业也在加大仓储设备的投入，加大信息化、自动化、智能化的改造步伐。随着技术的发展与市场需求的不断增长，实现仓库信息化、智能化是快递仓储业的必然趋势。现阶段，我国电商物流急速发展，但大部分电商仓的订单作业仍然采用以人工为主的传统作业方式，而传统“人到货”作业模式存在拣选效率低、差错率高、账实不符等问题。此外，人工作业的差错率与工作时长成正比、与工作人员的经验成反比。电商促销时，物流公司为了完成活动订单通常需要招募临时工而临时工不仅在工作经验与熟练程度上无法与老员工媲美外，而且其工作态度与积极性也无法保证；但仓储公司只能用大量的临时工，从数量上弥补质量上的不足。而当采用人海战术时，以上问题会降低仓库整体作业效率，增加仓库运营成本。物联网技术中ZigBee技术可在仓库内布置节点与协调器以低成本打通仓库底层作业的信息流通渠道；重量传感技术以重量数据为基础可完成仓库各个位置货物保有量的监测；ZigBee技术与重量传感技术结合可将底层货物保有量实时传输至数据中心，并且通过ZigBee节点接收并执行WMS系统发出的指令，避免人为主导作业各类问题。本设计利用ZigBee通信技术与重量传感技术，通过设计系统三层架构与系统功能代码，实现仓库底层作业信息的流通。增加仓库作业人机交互环节，减轻仓库中人员工作压力，加强仓库的信息流通。实现仓库补货、拣选、库存管控等方面信息化、智能化，降低仓库人员作业对于工作经验的依赖。能在加强仓库拣选作业人机交互的同时减少仓库资源浪费、提高临时员工的工作效率；解决目前电商仓拣选作业中制约效率的问题。2电商仓现状分析2.1客户体验分析随着网上购物近几年来的时尚风靡，使得我国的快递行业不断地发展壮大。2019年，全国快递业务收入超7000亿元，占GDP比重的0.76%，快递业务量更是达到600亿件。而由于电商包裹数量的爆发式增长，存在传统人工作业方式跟不上数量不断增长的快递的问题，造成快递行业虽发展良好，却无法保证每个包裹的服务质量。1）快递出库慢：以网上购物为例，由于快递行业订单量庞大、仓储出库速度慢等原因，快递已然变成了“慢”递。而在网购促销节或重要节假日期间，蜂拥而至的订单更是来不及处理及分拣出库，造成订单在仓库积压，导致出库时间增长，到货速率变慢。订单爆仓期间，经常出现2-3天就能送达的快递订单，在平台上显示已在仓库出库环节积压了2-3天，甚至更久，使得客户收货周期延长，体验感下降。2）存在错货/漏货快递：由于仓储分拣过程中的失误，客户收到错货或漏货的快递包裹，由于在分拣过程中，现有快递行业仓储大多使用分拣人员人工识别商品与拣货单或者人工播种，导致一定概率的错货漏货现象，导致错误货物包裹流向客户手里，客户还需针对包裹信息进行换货售后提交，降低客户购物舒适感，使得客户对该快递企业服务质量印象下降，影响快递行业美誉度。3）小结：电商快递出库慢，或错货、漏货现象导致的客户体验感差，根源是快递最初一公里的作业出现问题。所以为了提高客户体验感，必须对电商仓的出库环节进行分析，在根源上发现问题，再提出技术创新方案以优化出库环节。2.2出库问题分析2.2.1拣选问题分析1）拣选环节效率低：调研发现，大多电商仓采用“人到货”的拣货模式，每天需要进行大量的拣货作业，拣货人员要核对货位、商品品类、商品数量等信息，而所有的人工核对过程皆会增加拣货时间，且为了防止出错，拣货人员通常需要精神高度集中，作业效率随着作业时间的增加而降低。2）拣选环节差错率高：在使用电子拣选单进行拣货时，作业的差错率高低完全取决于作业时人工核对是否精准。拣货人员按照拣选单到达指定货位后，需要先核对货位与商品是否正确，若无误则根据拣选单开始清点所需商品的数量，当拣选至指定数量时完成当前商品的拣选。在此作业过程中，信息的正误皆由作业人员主观判断，而人工作业难免失误，员工往往是在不经意间进行错误作业。3）账实不符：拣货人员在作业时误取了其他商品，或者播种人员的播种订单发生了错误，导致该错误的商品被占用，或者被拦截在暂存区，但是信息系统仍会显示该商品在货位上，实际上该商品可能堆放在仓库的某一个角落，等待被处理后统一上架。2.2.2播种问题分析1）逐个扫描条码耗时多：系统凭借PDA扫描的条码分辨该商品属于哪个播种框，员工需要先扫描商品上的条码，再把商品放入所属播种框。在播种作业时，寻找商品条码、扫描条码的时间占据了播种作业约50%的时间，即使此流程很大程度上解决了拣选框内商品的订单归属问题，但弊端依旧存在，出现流程较繁琐耗时过多，不利于仓库作业效率的情况2）易受拣货环节的制约：拣货作业出现作业失误，出现商品少取、多取、错取的现象，直接影响到播种环节的作业效率。拣选框内遗漏了某种所需商品，播种员需要打印短拣单、取出问题订单的播种框、粘贴短拣单、把问题播种框放至拦截区，降低播种效率。3）播种出错无反馈：播种墙与系统无法获取作业信息并反馈给作业人员，员工即使扫码过后有系统提示，但员工疏忽时仍有可能把商品放入错误的播种框，而播种墙无法辨别错误作业，只有在下游包装或复核环节才能检测到播种错误，下游环节处理播种错误的订单耗费大量人力，也影响订单出库的效率。甚至存在播种有误的订单未被复核环节检测拦截的情况。2.2.3问题分析小结传统电商仓的出库流程在拣选环节、播种环节均存在一定的问题，拣货作业效率低、拣货差错率较高、账实不符商品需要条码逐个扫描、播种出错无系统反馈等等，而问题的积压导致最后客户体验感不佳。其中拣选环节问题颇多，对下游环节影响甚大，并且拣货作业成本占据仓库作业成本的50%以上，因此，基于现有拣选模式，设计一个能够提高拣选精确率、仓库出库效率等的拣选系统。也符合二八原则，解决20%的主要问题就能达到整体高效运营的目标。2.3功能需求分析为了降低电商仓拣选环节的差错率、减少人工参与，基于物联网技术的智能化拣选系统的功能需求如下：1）人机交互：系统智能核对商品种类、品类是否正确；系统判断一个拣选单的作业是否全部完成，且无需人工核对。2）作业流程精简化：播种过程中，扫码是最耗费时间的一项动作，可用商品的重量属性代替条码的识别作用。3）信息实时流通：可以通过ZigBee自组网传输商品信息和作业信息，解决原系统在信息传输上出现时间上滞后的问题。4）RFID识别功能：通过实现一商品一货位一标签，利用设备之间的感应，实现系统指引人员到达指定货位拣取正确商品3相关技术与硬件选定3.1通信技术选定3.1.1WIFI网络架构选定在WiFi组建的网络中，有网络中心(AP)、网络终端(STA)两种节点。网络中心节点(AP)负责网络的创建和管理，如路由器就属于AP节点，而诸如平板、电脑、PDA等接入网络的设备属于STA节点，作为AP节点管理的对象。WiFi无线网络有Infrastructure与Ad-Hoc两种组网模式。Infrastructure模式中，由AP节点和STA节点构成，网络呈星状结构，AP作为核心与外围的STA节点进行信息通信；Ad-Hoc组网模式只有STA一种节点存在，需要移动设备网络自主构建虚拟的AP，从而实现多台移动终端Ad-Hoc组网模式连接，WiFi的两种网络模式如图3-1所示。本作品采用Infrastructure网络架构。图3-1WiFi无线网络架构图3.1.2ZigBee网络结构选定ZigBee通信技术是一种短距离、低数据速率、低复杂度、低功耗的无线通信技术，能够获取各终端节点的工作状态，且ZigBee无线传输设备具有体积小、功耗低、传输好、灵活位置等优点。ZigBee联盟制定的协议规范中按照网络节点功能将设备类型进一步分为三种：ZigBee网络协调器（ZigBeeCoordinator）、ZigBee路由器（ZigBeeRouter）和ZigBee终端设备（ZigBeeEndDevice）。前两种均为全功能设备（FFD），ZigBee终端设备则对应精简功能设备（RFD）。其中，网络协调器负责无线网络的发起与维护，对加入网络的设备进行识别;路由器节点负责转发完成的数据包，对网络链路结构起到支撑作用;终端设备节点负责采集数据和可执行的网络动作，是网络的感知者和执行者。由上述三种节点，ZigBee可以组成三种网络拓扑结构[2]，即星型网（star）、树状网（Tree）和网状网（Mesh）。星型拓扑结构由协调器、终端两种节点构成，协调器节点作为核心，连接多个终端，拓扑相对简单；网状拓扑的构成是单协调器节点，搭配多路由和终端节点，提高了网络的容量，数据传输方式灵活，提高了数据传输的稳定性；簇状型拓扑相对复杂，以一个协调器为核心节点，由终端节点为子节点、路由节点为父节点搭配，重复多层，数据传输相对冗余，效率不高。从本文的拣选环节需求以及实验的成本方面考虑，本作品搭建的ZigBee子网选择星型网络拓扑，选择星型网络拓扑可以满足本作品设计的需求，且一定程度上降低了实验成本。3.2硬件选型3.2.1重量传感器重量传感器需要精确地检测每个货位、拣选位上的商品重量数据，选用Hx711重力传感器模块。该传感器属于质量检测的高精度传感器，具有集成度高、响应速度快、抗干扰等优点，能够实现物品质量的精确测量。实物如图3-2所示，具体参数如下：精度等级：B级（3万精度）（10KG）10000÷30000=0.3克额度输出：2.0±10%满量程输出信号，额度输出（mv）=灵敏度（mv/v）×供电电压非线性误差：±0.02%重复性误差：±0.015%滞后误差：±0.015温度影响：±0.03%图3-2HX711实物图3.2.2ZigBee终端节点终端硬件选择高度集成的CC2530模块；该模块主要拥有CC2530和PL2303两块芯片。CC2530是一个ZigBee片上解决方案芯片，该芯片结合领先的RF收发器，内有一个业界标准的增强型8051CPU，系统内8kB运存、256kB闪存；该芯片结合了德州仪器的ZigBee协议栈Z-Stack，提供了一个强大和完整的ZigBee解决方案[3,4]。CC2530模块还内置了PL2303芯片，该芯片是高度集成的RS232-USB接口转换器，其优点是能应用于只有USB口而没有RS232口的PC端，并能使用常见的5V输出电源适配器供电。实物如图3-3所示，技术参数如下：传输速度：最大256Kbps传输通道：16个可选频段支持ZigBee网络协议2.4GZigBee天线具有LED调试信号灯、按键组可在线调试节点程序，具有RS232通信接口、usb通信接口、JTAG接口支持网络容量256个节点，支持5级路由深度图3-3CC253模块实物图3.2.3ZigBee网关本网关由一个ZigBee协调器和一个ESP8266wifi模块组成，ZigBee和Wifi之间基于串口通信。ESP8266芯片集成MCU、无线网络控制器、串口等外设于一体，内置了轻量级TCP/IP协议，是一个完整且自成体系的WiFi网络模块。使得手机或者其它的通信设备可以直接连接到ESP8266上，相当于直接连接到了ZigBee上。实物如图3-4所示，技术参数如下1）ZigBee模块无线协议标准：IEEE802.15.4频段：ISM（2.4-2.5GHZ）浪涌保护：2000VDC组网协议：FastZigBee协议信号覆盖范围：2.5Km信道：16个通道可选通信模式：单播或广播2）WIFI模块接口：10/100Mbps自适应（支持AutoMDI/MDIX）工作方式：TCPClient/TCPserver/UDP/RealCom图3-4ZigBee网关实物图3.2.4LED屏选择LED在整个系统中负责显示分解后的作业任务信息。实物如图3-5所示，具体参数如下：尺寸：0.96英寸材料：PMPLED分辨率：128*64接口类型：SPI、IIC接口图3-5LED显示屏实物图3.2.5RFID读写模块的选择模型使用M2100型RFID读写模块来实现方案对无线射频的功能要求，工作频率为840-960MHZ，读卡距离为0-8m。3.2.6RFID电子标签本系统采用的读写器可与G2标准的电子标签ISO1800-6C（EPCGen2）配合使用。标签存取容量2056bits，工作频率为与读写模块相应的902-928MHz。标签属于无源电子标签，使用寿命可达10年，穿透力强，数据储存量大，每个货位对应一个RFID标签[7]。4智能化电商仓拣选系统设计4.1方案总体设计基于物联网的智能化电商仓拣选系统主要以ZigBee自组网为核心，以RFID射频技术、ZigBee传输技术以及无线局域网作为系统主要传输信息的媒介（系统与货架、货物交互信息的媒介）实现智能化拣选。该系统不仅仅能更好的辅助员工完成拣选作业，而且可省去中间播种、降低复核环节的工作压力，也做到了货架上商品的实时监控、信息自动获取等功能。该系统构建了三层架构：感知层、网络层、应用层。如图1所示：图4-1系统架构图第一层是感知层，感知层是整个系统获取信息的基础。感知层主要有RFID传感器、重量传感器、ZigBee传感节点、智能终端等，主要功能是获取货架的货位、货物信息。RFID传感器主要是获取货架的货位信息（存放商品的种类、数量、货架的位置）。在拣选过程中，通过RFID读卡器读取到货位上电子标签中的商品信息，重量传感器获取货架上各货位上的商品信息以及拣选车的各拣选框上的货物信息（主要是系统通过重量计算数量）。ZigBee传感节点则是获取货架货位和拣选车拣选位上重量传感器的数并传输至应用层。智能终端作为人与系统信息交互的媒介，用于拣选单任务与拣选车的绑定。当感知层获取到的信息传输到网络层，交由网络层处理。第二层是网络层，通过互联网路由器进行终端移动智能设备的网络信息交互，互联网路由器产生WiFi网络以光纤为载体输送信号到WiFi发射终端，由感知层智能终端设备接收和传输WiFi信号，然后传回互联网路由器进行信息处理转换为普通的网络信号。网络层的ZigBee网关拥有WIFI模块与一个CC2530节点；WIFI模块是作为ZigBee终端节点的网络信息交互平台；CC2530节点的主要作用是启动和配置ZigBee自组网，即网络组网的过程中首先启动建立网络环境,当CC2530节点配置好ZigBee网络以后其他终端设备才能加入。CC2530节点的工作一是接收来自应用层的指令，并根据指令控制各个终端节点的工作节奏；二是将来自终端节点的信息通过WIFI模块传输至应用层。第三层是应用层，应用层主要是面向工作人员，由网络层返回的信息经处理存储在数据库服务器中，工作人员通过智能管理中心进行处理与应用。在信息化拣选模式中，应用层使用智能化技术手段，将感知层获取的数据和信息进行分析和处理。该层的基本特点就是信息处理的智能化。4.2工作流程设计商家订单进入仓后，智能管理中心先判断货位上货量是否充足，接着按订单批量生成货量充足的商品的电子拣选单。同时为每张电子拣选单生成一个数据库，该数据库会包含该拣选单所需所有信息，包含商品所在货位的RFID编号、每个货位需要拣选的商品数量、每个拣选位的订单、每个拣选位在每个货位的商品需求数量。拣货员通过智能终端接取拣选任务后，拣选车连接上数据表（表4-1），同时各拣选框进入储货模式。之后拣货员使用智能终端扫描拣选车的条码，再一一对应扫描拣选筐与重量传感器的条码，重复此操作直至拣选单的所有订单绑定完成，即完成拣选位与拣选框的绑定（以供包装环节识别订单），并生成数据表（表4-2）。系统无法连续录入两个重量传感器条码或两个拣选框条码（预防订单绑定出错，解决了拣选框内商品的订单归属问题）。表4-1拣选车数据表货位号商品名称商品重量拣选数量A-15-32洗面奶35g/件1号位*3、2号位*4A-15-31面膜20g/件1号位*5、2号位*3表4-2拣选位-拣选框数据表拣选框编号拣选位编号需求商品0001T01-01面膜*5、洗面奶*30002T01-01面膜*3、洗面奶*4拣货员根据电子拣选单的货位地址按顺序作业，当拣选车到达指定货位时，拣选车上的RFID读写器读取到与数据库内相同的RFID标签编号，系统会获取该RFID标签内的信息（如表4-3所示）并命令该货位由储货模式转变为作业模式。表4-3RFID标签信息表货位号商品名称商品重量A-15-32洗面奶35g/件该货位的LED屏幕会显示商品的总需求量（如图4-2所示），同时拣选框前的LED屏幕也会显示本拣选框对该货位商品的需求量（如图4-3所示）。若拣货员在某个拣选框放入了错误数量的商品（例如多放、错放），系统会根据重量传感器感知到错误，该拣选框LED屏显示出错，直到错误消除；若拣货员错误地从储货模式的其他货位取出商品，该货位LED屏显示出错，直到错误消除（防止取错商品）。图4-2货位作业信息图图4-3拣选位作业信息图拣货员将根据LED屏幕提示将商品放入指定拣选框后，LED屏幕上数字也随之变化，当拣选框LED屏幕上的数字变为0后，该拣选框转变为储货模式，在所有工作状态的拣选框转变为储货模式后，该货位也转变为储货模式。若某拣选框的商品不足，该拣选框与该货位都不会进入储物模式，拣货员无法进行下一个货位的作业。在拣选单的最后一种商品拣选完成后，拣选车进入休眠模式，拣货员把拣选车推至包装台，换上空的拣选框即可进行下一拣选单的作业。拣货作业的流程图如图4-4所示。图4-4拣货作业流程图4.3硬件设计4.3.1传感节点设计终端节点由重量传感器与ZigBee终端构成，重量传感器HX711与ZigBee终端CC2530连接，由其供电进行重量数据监测并实时将数据有线传输到CC2530上。HX711重量传感器与CC2530电路连接原理如图4-5所示。图4-5Hx711重量传感器模块与CC2530电路连接4.3.2ZigBee网关设计ZigBee网关硬件组成如图4-6所示，协调器节点的硬件组成与终端节点基本一致。为了能够方便对协调器进行设置，在串口部分使用了跳线，协调器串口跳线原理如图4-7所示[8]。当开关拨到上部时，PL2303与CC2530相连，实现上位机对CC2530的设置；当开关拨动到中部是CC2530与ESP8266相连，实现CC2530和ESP8266的数据传输；当开关拨动到下部时，PL2303与ESP8266相连，实现上位机对ESP8266的设置。系统正常工作时应将开关拨到中部位置。当协调器通电后LED1常亮，当协调器创建网络完毕后LED2常亮否则LED2周期闪烁。图4-6ZigBee网关硬件组成图4-7网关串口跳线原理4.3.3智慧货架设计智慧货架能获取货位重量信息，并将获取的信息上传给应用层；应用层根据入库时获得的商品单件重量数据，辅助计算公式得出货架上的货量，并能对货架发出控制指令。智慧货架由货架有两种作业状态：储货模式、作业模式。货位平时处于储货模式，储货模式的货位在感知到货位重量变化时，LED屏显示出错（预防拣选员、补货员在错误的货位上作业）。拣选车或补货车上RFID读写器逐一扫描货位上的RFID标签，当识别到正确的RFID标签后，该货位进入作业模式，作业人员可以在该货位上存取货物。智慧货架如图4-8所示。图4-8智慧货架货位有辅助补货的功能，当货位内商品的存储量降到补货点时，系统直接给补货组发出缺货信息并生成补货单。且在补货员补货完成那一刻，系统即能接收到商品货量变化，无需补货员录入补货信息。如发生缺货现象，系统会在补货完成后，第一时间生成之前缺货的商品的拣选单。（系统会判断现有的货物数量是否能满足该拣选单的拣选作业，不会生成货量不足的商品拣选单，保证了作业中的订单皆不会发生缺货现象。4.3.4智慧拣选车设计智慧拣选车自身携带智能终端，智能终端可以获取拣选单任务、核对作业过程、判断作业进程，并可根据指令通过ZigBee传感节点控制部分微型设备。在拣选作业进行时，智能终端具有显示作业路线的功能，以及拣选车上各个位置的测重模块监测重量数据变化，核对重量变化是否正确，并对作业正误作出相应的反应。拣选车的拣选框有三种作业状态：休眠模式、储货模式、作业模式。拣选框非工作状态时处于休眠模式，对外界不作反应。使用终端绑定拣选车与拣选单后，拣选框进入储货模式，当重量传感器感知到框内重量变化时，LED屏会发出警示（预防拣选员放错拣选框）。拣选车上的RFID读写器识别到正确的RFID标签后，对该货物有需求的拣选框进入作业模式，作业人员需要在指定的拣选框内放入预定数量的商品，否则LED屏显示出错（预防拣选员多拣、少拣）。智慧拣选车如图4-9所示。图4-9智慧拣选车4.4软件设计4.4.1重量传感器数据包设计终端节点开始运行后，通过Flash固定地址获取系统参数，并使用参数进行初始化（如果读取失败或校验失败则等待串口命令）。设置系统参数时，终端节点的串口将会连接PC，PC会按预定数据格式发送命令至端口，数据包格式如表4-4。表4-4数据包格式字段名格式长度/B说明帧头0x1B1数据起始位类型0xXX1数据的类型长度0xXX1净荷长度净荷0xXXN数据内容校验位0xXX1数据之和根据数据包格式，整个数据包以“帧头”0x1B开始。“类型”表示数据包的类型，如0x00表示当前数据包是重量值（该数据格式同样用于ZigBee数据传输）；0x01表示当前数据包是设置设备编号参数。“长度”表示数据包中数据内容的长度，一个完整的数据包长度为（N+4）B。“净荷”为实际传输的数据内容，在应用中根据需要可以继续扩展，如在传输重量值时净荷的首字节用于表示设备编号，其后才是重量测量值。“校验位”为该字节前面（N+3）B数据之和的最低位字节。当参数检查通过后，终端节点进入正常程序运行，流程如图4-10所示，定时器设置为0.1s。图4-10终端节点程序流程图4.4.2RFID模块设计1）RFID模块由电子标签、阅读器和上位机系统三部分组成。在RFID系统中，RFID阅读器的发射天线将电流信号转换成电磁波发送出读写信号，当RFID标签进入阅读器的信号辐射范围时，电子标签会接收到到读写信号，并通过内置天线将芯片存储的数据信息以电磁波的形式发送回阅读器，RFID阅读器的天线把电磁波信号转换为电流信号并传送至上位机控制系统进行数据处理。如图4-11RFID工作原图所示。图4-11RFID工作原理图2）RFID读写器上位机软件，通过读卡器与电子标签进行数据交换，是一个基于MFC的软件，属于物联网的终端信息交互的一个流程。上位机控制系统通过上位机软件与下位机进行信息的交互进行收发数据，写卡操作可以实现数据的发送，数据的接收通过读卡操作实现。RFID

读写器上位机软件的主要功能包括：设备开启、获取卡片信息、LED显示的设置、读写块扇区和电子钱包。3）控制系统软件设计，当电子标签进入阅读器的感应范围内后，在短暂的延迟后，应答器上电复位并转变为停顿的状态，同时能接收来自阅读器的请求应答指令，当应答器接收到指令后，会返回卡的类型号，随即阅读器发送防冲突指令，系统进入防冲突循环中，防冲突循环结束后，阅读器发出选卡指令，选中其中一张卡，在此阶段，应答器处于准备就绪状态，被选中的卡随即进入激活状态。此后，阅读器可以发送多种不同的指令，发送完成后等待接受应答信息。系统软件设计如图4-12所示。图4-12系统软件设计图4.4.3ZigBee网关设计1）协调器模块设计：协调器是整个ZigBee网络的核心，它需要具有创建ZigBee网络，为终端节点分配地址，将从节点收到的数据通过串口透传到WiFi模块等功能，此外协调器同样支持从串口接收PC命令。其命令格式同表4-4数据包格式，协调器软件流程如图4-13所示。图4-13协调器软件流程2）WIFI模块设计：WiFi模块是ZigBee网络和IP网络的转换模块，它将ZigBee网关发来的数据通过TCP连接发送到上位机，同时WiFi模块还是“系统发现”功能的客户端。WiFi模块程序流程如图4-13所示。图4-13WiFi模块程序流程4.4.4数据处理模块设计互联网将其采集的数据以数据帧的形式完整的发给应用层，但此时上位机还不能正确的识别数据帧。必须对数据帧进行处理，将其转换为可识别的形式，该转换在应用层是由数据处理模块完成的。数据处理流程是在位每个终端单独开辟的线程中进行的，每个终端都有自己独立的线程，互不影响且可以同时运行。如图4-14为应用层数据处理流程图，首先进行的是数据解析，将数据帧中数据长度、货位信息、时间（年、月、日、时、分、秒）以及采集数据信息全部提取出来，其中长度信息在解析时使用，其它信息将被保存在数据库中。数据帧解析完成后，判断是否有重量信息，若有则将于该信息相关的所有信息进行保存，若无则结束程序，其中与信息相关的内容有采集货位、采集时间与采集数值[9]。图4-14应用层数据处理流程4.4.5数据库结构设计以MySQL为代表的一系列关系型的数据库目前被大量应用。数据库的设计常常也是要面向对象的。如果想使一个类具备持久化的特性，那么最重要的一步就是利用数据库的二维表将各个对象之间的映射关系合理地表示。本系统需一种数据，其结构简单，图4-15为其E-R图。在图4-15中，重量有编号、数值和时间三种属性，编号为货位编号，为方便数据库保存而生成的主键，数值为采集到的货物数量数据，时间为采集到数据的时间。节点本身具有地址、路由表以及邻居表等多个属性，每个节点的射频芯片都在出厂之初有自己独一无二的MAC地址，路由表记录了节点进行路由时下一跳的地址，邻居表记录了该节点的所有邻居节点的地址。图4-15E-R图4.4.6存储模块设计MySQLdb是Python用来连接MySQL数据库的接口，其具有简单易用，安装方便的特点。MySQLdb设计目标如下：1）服从Python的数据库API规范2.0；2）线程安全；3）线程友好（线程间不会互相打断）；图4-16为Python-MySQLdb操作数据库的流程，首先根据IP地址、用户名、密码以及数据库名链接数据库。然后获取操作游标，获取到操作游标后便可以执行SQL语句，进行所需要的操作，在操作完成后检查整个事务是否完成，如果没有完成，则关闭游标并回滚至游标创建前，若事务完成，则关闭游标结束操作。图4-16Python-MySQLdb数据库操作流程

5设计方案的创新点针对目前电商仓需求设计了基于物联网技术的智能化电商仓拣选系统，让电商仓底层作业数据实时流通变的可行，使电商仓拣选作业变得智能化，摆脱以人力为主的传统作业方式。现将本设计的课题创新点总结如下：用物联网技术中的ZigBee通信、重量传感、RFID无线射频等技术，让电商仓内作业、数据管控等工作变得更智能化；使用CC2530模块与ESP8266模块一体的ZigBee网关，使得手机或者其它的通信设备可以直接连接到ESP8266上，相当于直接连接到了ZigBee上；本设计通过货位上的重量传感器将该货位的商品重量力信息实时传至WMS管理系统，WMS管理系统可直接把商品重量信息转换为商品数量信息。降低拣货差错率：将拣货作业的核对环节交由系统完成，无需拣货工作人员进行思考，对于核对货位是否正确、核对拣选框内的商品是否多放、少放、错放等问题，均由系统核对完成并给出相对应提示；缩短订单响应时间：本设计中采用边拣—边分—边复核式的形式作业，缩减了播种式分拣中的播种流程，使商品分拣完成后可直接进入包装环节。增强系统弹性：与单纯的播种式作业相比，在同样的仓库布局下增加了分拨作业的可使用面积，仓库内的固定播种墙处与货架间的巷道间均可进行商品分拨作业，极大提高大促时拣选的效率。6总结与展望本设计从提出问题、分析问题、解决问题的思路出发，对电商仓现状进行分析，将理论与实际相结合，已在仓储运作方面取得一定的成果。但是由于本文着眼于解决出库效率与拣选精确率的问题，在其他问题的解决有待深入的验证，因此希望在以下方面能够进一步完善：1）本文涉及应用重量传感器与ZigBee传感节点通过ZigBee协调器传输货位上的商品数量的信息，能以较小成本对SKU数量不多的仓库进行动态的库存管控。而在针对SKU数量庞大的仓库，可以在综合考虑货物周转率、货物价值、缺货成本等因素基础上，结合ABC分类法对拣货环节进行优化。2）本方案创造性地在拣选、播种环节使用重量代替条码，实现智能识别商品身份，或许能在此方向上进行更深入的研究。参考文献[1]石跃鹏面向智能家居的ZigBee-WiFi网关研制与应用[D].广东工业大学,2019.[2]陆琳.第二讲国内外温室工程发展状况[J].云南农业,2014,02:72-73.[3]蔡昕哲,潘海鹏.基于无线传感技术与Web的恒湿柜远程监测系统设计[J].浙江理工大学学报，2019,41(2):196-200.[4]潘晓贝.基于ZigBee的温湿度无线采集系统设计[J].电子测试,2018,25(18):9-12.[5]杨娇,许志恒.基于CC2530的智能家居节点软硬件设计[J].数字技术与应用,2018，36(11):132,134.[6]CeciliaOcchiuzzi,AminRida,GaetanoMarrocco,etc.RFIDpassivegassensorintegratingcarbonnanotubes[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2011,12,Vol.59,No.10,2674-2684.[7]申大雪.基于RFID的化学药品管理系统设计与实现[D].山东大学,2018.[8]樊星男.基于ZigBee和WiFi的温湿度无线监测系统[J].自动化与仪表,2019,34(10):47-52.[9]罗天任.基于ZigBee与Web技术的数据传输与处理系统的设计与实现[D].电子科技大学,2018.[10]孙彬.基于语音识别技术的拣选系统研究与应用[D].武汉理工大学，2017.[11]朱世波.基于Zigbee技术的物料拣选系统[P].201721731869.9，2018.[12]王璇.电商物流仓储管理平台[P].201721402512.6，2018.[13]CathyH.Y.Lam,K.L.Choy,G.T.S.Hoetal..Anorder-pickingoperationssystemformanagingthebatchingactivitiesinawarehouse[J].InternationalJournalofSystemsScience,2014,45(6).[14]郝学江.基于RFID的自动化立体仓库信息管理系统的研究[D].北京邮电大学，2008.[15]班贺.基于RFID技术的仓储管理系统研究与应用[D].南京理工大学，2015.[16]张宴龙.室内定位关键技术研究[D].中国科学技术大学。[17]杨劲柯.基于物联网的仓储搬运设备远程监控系统软件设计与实现[D]东南大学,2018.[18]曹林,王昌慧.物联网技术在仓储物流领域的应用分析与展望[J].教育教学论坛，2016(07):217-219[19]孙邵剑.基于物联网的智能仓储系统的设计与实现[D].天津大学,2017.[20]苏美文.物联网产业发展的理论分析与对策研究[D].吉林大学,2015.[21]邵海龙,敖勇,吴谆谆,等.基于RFID的物联网技术在物流仓储管理中的应用[J].物流技术与应用,2018(06):139-141.[22]CuiL,DengJ,LiuF,etal.InvestigationofRFIDinvestmentinasingleretailertwo-suppliersupplychainwithrandomdemandtodecreaseinventoryinaccuracy.[J].JournalofCleanerproduction,2017,142:2028-2044.[23]赖联有．ZigBee协议分析及其实现[J]．齐齐哈尔大学学报(自然科学版)，2010(01)：47-50．[24]JiaJia,JulianMeng.ImpulsivenoiserejectionforZigBeecommunicationsystemsusingError-BalancedWaveletfiltering[J].AEUE-InternationalJournalofElectronicsandCommunications,2016,70(5):558-567.[25]张雄，秦会斌，候鸣等．基于ZigBee智能家居控制系统的设计[J]．电子设计工程，2014(24)：180-183．[26]马庆修，任正云．基于RFID室内定位的语音拣选系统设计[J]．人工智能，2015(18)：50-53．[27]LiX,ZhangY,AminMG.Multi-frequency-basedrangeestimation