【《基于RFID的智能仓库系统设计》7100字（论文）】

基于RFID的智能仓库系统设计摘要现在是二十一世纪的二十年代，这是一个追求速度的时代，网络由４G信号升级到更快的５G信号，而在生活方面，人们就更加注重速度了，但是传统仓库并不能满足这种快速的要求，因此设计一个智能仓库系统可以代替人工书写进出物品种类及时间成为一种需求。因此，本论文在研究了传统仓库的条形码设计后，选取了实用性更佳、更贴合时代前沿的RFID技术，设计了一款可以用来简单的实现仓库物品进出及存放的智能仓库系统。该系统可以通过RC522读取物品上带有的RFID标签卡，将物品的信息展现在电脑中，方便仓库记录物品的进出。本论文将详细介绍该设计的开发工具、软硬件的实现过程，以及系统将如何使用。关键词：RFID；单片机；上位机；仓库；目录摘要 .引言1.1设计背景及意义1.1.1背景时代的进步让人们的生活方式发生了巨大的改变，科技的力量逐步运用到衣食住行方面，为了追求更加快速和简单的方式完成一些工作，智能机器代替以往的人工操作，既节省成本，又能极大程度的节简时间，起到了巨大的作用。仓库存储作为人类生产生活过程中必不可少的一部分，自然更应该追求快速准确的智能化工作方式[1]，传统的人工仓库由人作为主体工作者，更多的依赖人工管理，人工记录物品的出入库信息[2]，不仅费时费力，而且容易弄错弄混，而且仓库物品的信息容易被改动，导致物品信息出现混乱，延误物品出入的速度。此时仓储行业就需要运用科技的力量来解决上面描述的问题。1.1.2意义基于RFID的智能仓库系统通过无线射频技术直接读取物品的信息[3]，并记录物品出入时间，可以避免人工的错误与疏漏，而且RFID标签卡可以回收利用，重复使用，避免资源浪费；RFID标签卡还具有安全性，RFID标签可以通过编码[4]，在内部创建密码，不知道相应密码的人便不能够伪造此信息，非常的安全，可以承载的信息量也比二维条形码更多，并且RFID标签可以被设计成为任何形状，嵌在更多不方便贴纸的物体上，更具有实用意义。所以用RFID技术的仓库更加符合时代的发展，可以跟得上时代的潮流。1.2技术分析 本系统的设计分为下面几个点：（1）系统结构：本设计通过软硬件结合的方式实现。硬件部分有STC89C52单片机、RFID射频模块、独立按键、12864液晶显示屏、串口模块、继电器模块、声光报警模块；电脑通过串口连接系统，打开上位机软件，连接硬件部分，此时刷卡，上位机将获得卡片信息，并将时间等信息存储到access数据库中，方便后续的查看[5]。（2）开发工具：本系统软件编写是运用了一种比较方便的方式编写的，它叫做VisualBasic，VB编写软件并不需要手动输入太多的代码，因为它自身提供一些可以被看见的图形界面给使用者，节简了编写界面的代码，其次，VB编程还可以直接联系access数据库，不用额外代码，更加受到使用人员青睐。单片机代码是通过KeiluVision软件运用C语言编写的，Ｃ语言作为入门基础语言，所有学过计算机的人都能够看懂它的代码的意思，也能编写正确的代码，是大学生常用的语言。为此本系统设计需要以下技术作为支撑：RFID射频主要工作原理：当IC卡进入RFID模块的读取范围时，读卡器将接收到IC卡信号，并且读卡器将接收到感应的电流信息存储到芯片内部，或者从IC卡发送信息到读卡器上，读卡器读取相应的信息并完成解码工作，最后发送到单片机进行处理分析。本设计次读卡器采用MFRC522读卡器，其中通信频率为13.56MHz高度集成的非接触卡。一套完整射频识别系统是由读卡器、IC卡、天线等共同组成的。1.3开发环境操作系统：Windows；编程环境：；VisualBasic、KeiluVision５；开发语言：C语言；1.3.1C语言简介C语言是编程的基本语言，是多种语言入门的基础，熟练掌握C的语言规则和运用，将对后续学习其他新兴语言有着很大帮助。C语言和面向对象的编程语言有所不同，是一种面向过程的编程语言，它能够简单的在低级存储器中运用，能够运用到更广泛的实际生活方面。1.3.2KeiluVision５简介Keil是编写单片机程序代码的不二之选，它只要建立工程，选择要使用的单片机类型，然后就可以直接加入编写好的Ｃ语言代码，编译之后生成.hex文件，该文件就可以通过串口烧录到单片机中，简单快捷，而且Keil软件生成的目标代码效率之高令人赞叹。1.3.3VisualBasic简介VisualBasic最初是由AlanCooper完成的连接编程语言和用户界面的编程语言，经过多年的更新换代，其功能更加进步和完善，并且追寻时代的发展，它也进化自身，拥有了更多实用性的功能，例如可以直接访问access数据库信息。VB编程是直接拖动相应对象完成界面的设计，而只有对要完成事件过程编写代码，从而减少要书写的程序代码，使工作效率提高。图1-1VisualBasic界面1.4论文的组织结构一：引言。RFID仓库系统存在的必要与意义，以及所需要用到的开发环境和开发语言。二：可行性分析和需求分析。介绍为实现本系统准备采取的方法与预想设计‘三：硬件设计。介绍本系统的串口、单片机、液晶屏以及RFID读写模块RC522的功能作用等。四：软件设计。介绍本系统软件界面和功能，描述此软件如何完成工作。五：系统测试。对各个硬件的进行测试，防止因为硬件本身损坏导致系统崩溃，对软件进行反复运行，试验在各种情况下是否能够稳定运行，以防有错误和疏漏出现。六：结论。对本设计进行总体自我评价以及对于本设计的畅想。2.可行性分析与需求分析2.1系统综述基于RFID的智能仓库系统包含硬件的单片机与射频模块以及显示屏组成在一起用以读取和显示IC卡的信息，射频模块通过读取卡片的卡号信息，传入单片机内部，单片机接受信息，发送到显示屏上显示出来，并且射频部分有防冲突的功能，当一张卡正在读取时，又有另一张卡出现在读取范围时，本系统将中断读卡操纵，复位系统。软件部分为上位机软件，通过串口接受和发送数据，当接受到卡号信息时，上位机遍历数据库，找出与传来数据相符的信息显示在上位机软件界面，同时传回指令，开启硬件部分的小灯，以显示通信正常。2.2可行性分析2.2.1技术可行性基于RFID的智能仓库系统在硬件上需要的是单片机，我在大学学习中学到过单片机相关知识，懂得如何编写单片机的代码，加上网上有许多视频与书籍都对单片机有详细介绍，所以我觉得这个系统并不是无从下手的。射频模块我在学习过程中也学习了一次，而且是在老师的带领下，亲手完成过IC卡片的读写操作，而软件方面的数据库和程序开发，我在学习过程中都有所经历。所以在技术上是可行的。2.2.2经济可行性本系统的硬件部分都是选取的同类型中比价廉价的至多不过百元，完全不用担心因为操作失误而损坏有所顾忌，并且用来编写代码的软件都是免费的，不需要有额外的付费，所以在经济方面是可行的。2.2.3操作可行性本系统电路连接并不复杂，需要进行的计算也是屈指可数的，不存在技术方面的太大难度，所以在操作层面是可行的。2.3需求分析射频模块MFMFRC522单片机串口上位机显示模块图2-1射频信号传输流程图射频模块在读取到有效的IC卡后，将信息发送给单片机，再由单片机传送并显示在液晶模块上，并通过串口发送到上位机。设置四个独立按键，分别设置它们为注册、撤销、返回、复位，只有注册过的卡才会被识别，注册过的卡也可以被撤销，复位按钮是防止系统因外力作用而导致系统错误时使用的，让系统重置，以恢复正常。上位机由管理员登录，管理员可以对仓库信息进行增加、修改、删除等管理。管理系统可以对所有仓库物品出入库情况进行查询，并且将系统产生的出入库数据保存到access数据库中，方便查看物品进出情况。3.硬件设计3.1仓库系统结构图RFID射频模块控制芯片独立按键模块电源模块串口RFID射频模块控制芯片独立按键模块电源模块串口声光报警模块上位机液晶显示模块图3-1硬件框架图3.2单片机模块本设计采用STC89C52RC单片机作为控制芯片，其实物如下图3-2所示：图3-2STC89C52RC单片机STC89C52RC单片机指令代码用的也是8051单片机代码，不需要额外增加控制代码，但是它比51单片机多出了一个定时器，具有高速功耗低、价格便宜、编程简单、低功耗、超强抗干扰的等特[6]。其引脚图如下图3-3所示。图3-3STC89C52RC单片机引脚图3.3FYD12864液晶中文显示模块FYD12864液晶模块是一块四行显示的显示模块，每行都可以有16个字符，并且字符与字符之间有一定的间隔，清晰明了，用它来显示本系统读取到的信息有着清晰美观，方便观看的特点。FYD12864液晶模块需要的电压低，功耗也低，这使它成为一些能源需求较小的机器所必备的显示屏幕。它与同类型能显示中文图形的显示屏相比，价格方面也更占优势。FYD12864液晶模块实物图如图3-4所示：图3-4FYD12864液晶模块实物图12864共有20个引脚，其中VSS为接地端，连接GND。VCC接电源的正极，V0端口是调整端口，能够控制对比度，如果V0接GND，则对比度高，如果V0接VCC，则对比度低。图3-5FYD12864液晶模块引脚图3.4MFRC522射频模块RC522模块是一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，它应用于13.56MHz非接触式通信中，拥有先进的调制和解调概念，价格便宜，非常适用于日常的开发研究。使用RC522还有利于减少连线，缩小PCB板体积，降低成本。下图为RC522模块实物：图3-6RC522实物图 RFID模块检测到有IC卡靠近时，IC卡将和射频模块产生共振，使IC卡内部在电磁波作用下，产生磁生电现象，此时内部的电容将会不断的充电，直到电容产生2V左右的电压，此时单片机将能够识别此IC卡，本设计是利用这个特点，读出IC卡卡号。下图为RC522工作原理图： 图3-7RC522工作原理图3.5独立按键模块本智能仓库系统采用独立按键方式来控制，按键一端与单片机相连，另一端与电源相连，按键被按下，单片机与它相连的引脚将瞬间导通，此时，单片机引脚受到高低电位的影响，根据烧录进去的程序执行相关的指令。独立按键松开时，瞬间断电，单片机停止执行独立按键指令。下图为独立按键电路图： 图3-8独立按键电路图3.6声光报警模块智慧仓库系统中蜂鸣器主要起到报警提示的作用[7]，如果是有效的卡将长鸣一声表示已经接收到信息，读取成功；如果卡是未经注册的，则会发出三声短暂且急促的三声鸣响，提示工人此物品未经注册，找不到信息，应该立即上报，后期处理。下图为蜂鸣器实物图：图3-9蜂鸣器实物图4.软件设计4.1程序设计概要本设计的硬件代码包含了射频模块通过读取IC卡将卡号信息传入单片机[8]，并将卡号显示在液晶屏幕上。软件部分则是建立通信连接、接收数据、传输数据、连接数据库、以及数据库信息的遍历查找等功能代码。4.2主程序设计在上位机管理界面，并且有有效卡被读取到时，单片机会把卡上的信息转化为数字，传输到上位机，此时液晶屏将显示卡的类型和卡号，而上位机将调用access数据库查找得到的卡号，并将详细的信息显示给用户[9]，此时上位机将发送指令给单片机，单片机收到指令，并通过指令来点亮LED灯。并且会出现历史记录查询按钮，点击历史记录查询按钮，系统将显示该物品的出入记录，并且把记录显示到主界面上。4.2.1主程序流程图图4-1主程序流程图4.2.2注册、撤销程序流程框在给整个仓库系统进行上电，系统各个模块将进行初始化状态，然后主控制芯片一直检测独立按键是否有按键下，当独立按键按下“菜单”按下时，单片机将执行相对用的程序，液晶出现菜单界面，并且在把IC卡放在射频的感应区，再按下注册按键或撤销按键时，系统将对IC卡进行注册和撤销，并且液晶显示注册成功和撤销成功等信息和蜂鸣器提示，然后再按键菜单键系统将返回刷卡界面，仓库系统只有注册的IC卡才能使用[10]，没有组成的IC卡系统显示无效卡并且无法与上位机进行相互通信。如图4-2所示：图4-2注册、撤销程序流程框4.2.3射频流程框当IC卡进入到射频模块的范围时，读卡器将接收到IC卡信号，并且读卡器将接收到感应的电流信息存储到芯片内部，读卡器将发送请求指令、碰撞等操作，最后读卡器读取IC卡的信息和解码，最后发送到单片机进行处理分析[11]。图4-4射频流程图图4-3射频流程图4.3硬件程序4.3.1FYD12864模块相关代码初始化界面，使系统打开的时候，液晶屏显示欢迎语。代码如下：LCD_PutString(0,1,"");LCD_PutString(0,2,"★欢迎使用★");LCD_PutString(0,3,"智能仓库管理系统");LCD_PutString(0,4,"");此为12864液晶显示字符的函数，其中x表示横坐标值，范围为0-8，y表示纵坐标值，范围为0-4；*s为要显示的字符。代码如下：4.3.2独立按键模块相关代码按键s1防误触并且实现撤销卡片功能。代码如下：if(KEY1==0){delay_10ms(1); if(KEY1==0){OperationCard=CHEXIAO;tt=5;}4.3.3串口通信代码设置9600为串口波特率，代码如下：baud=BAUD_9600; TH1=0xFd; TL1=0xFd;TH0=0xfe; TL0=0x33;4.4软件设计4.4.1登陆界面智能仓库系统上位机软件用VB语言进行编程，用access数据库来保存刷卡记录。登录系统用来防止其他未知人员对用仓库的信息进行非法修改和盗用，对仓库信息安全起保护作用，管理员输入正确的用户名和密码，再点击确定按钮，系统会把输入的用户名和密码与access数据库中的信息进行对比，如果能找到相应信息将自动登入仓库系统主界面，不符合的登录信息系统将会进行提示。打开上位机软件，登录界面如下图所示：图4-4上位机登录界面4.4.2上位机管理界面设计上位机管理界面先要选择通信波特率和串口端号，然后点击菜单开始工作。连接不成功时会有弹窗提示。连接成功后，每次刷卡，数据将通过串口被发送到上位机，并且上位机将调用access数据库将数据库中对应的信息都显示到上位机界面，还可以保存刷卡记录到数据库中，方便信息查询，并且在上位机菜单可以对仓库进行增加、修改、删除等管理功能。如图4-5所示。图4-5连接界面布局设技5.系统测试5.1硬件测试硬件测试的硬件设备如下所示：表5-1测试硬件设备列表设备名称设备数量STC89C52RC单片机1FYD12864液晶显示屏1MFRC522读写模块1蜂鸣器1独立按键模块1RS232串口1硬件测试结果：表5-2测试结果列表设备名称测试内容结果STC89C52RC单片机烧录代码正常FYD12864液晶显示屏烧录代码正常MFRC522读写模块电脑串口测试正常蜂鸣器电脑串口发送数据正常独立按键模块通电后按下测试正常RS232串口电脑串口收发数据正常5.2软件测试5.2.1单片机烧录测试将编写好的单片机代码编译运行，直到没有错误出现，此时，打开单片机烧录软件stc-isp进行烧录，此时应注意要先把单片机断电，然后选择生成的.hex文件，选择保险的2400波特率进行烧录，点击下载后，打开单片机电源，知道stc-isp显示烧录成功[12]。如图5-3所示：图5-3单片机烧录界面5.2.2上位机系统测试首先是要输入用户名和密码的登录界面，如果输入错误的信息，将如图5-4所示： 图5-4输入错误提示图如果输入正确的用户名和密码，登录系统自动跳转到管理界面。此时再刷一张注册过后的卡，系统就会根据单片机传来的信息找出数据库中与之匹配的信息，并将信息显示出来并且会在界面下部出现历史记录查询的按钮。如图5-5所示： 图5-5显示刷卡信息图点击菜单里的信息管理，系统将显示数据库中的所有物品信息，并且可以对其中信息进行增删改操作。如图5-6所示： 图5-6信息管理图6.结论6.1本文总结本文向大家介绍了智能仓库系统的设计思路和过程，在全过程中，遇到的问题有很多，简单来说，设计的想法本来是非常单一的，但是在逐步行进的过程中，问题逐渐暴露出来，一开始我只打算做一个显示物品种类与数量的超级简单的软件，但是在过程中我突然发现设计要根据现实，不能自己凭空捏造，哪里会有如此简单的物品信息，现实中的物品，每一个都是复杂的，其中所蕴含的信息也是庞大的，本系统作为一个较为成熟的仓库，应该有着比较详细的记录，所以原先一切的数据都被删除，改用了现在的比较具有合理性的数据信息。此外，在学习本系统相关知识的过程中，新的想法不免有很多，但此时我只能把它们记录下来，以期后面有机会和时间的时候，再将本系统完善出来。总结的来说，本次设计不完美，但是这是我尽力而为的结果了，我也没有什么遗憾，希望以后的我可以更加努力的学习新知识，完善自身。本次系统设计主要完成：（1）查阅资料，了解到射频模块的工作方式和原理，并把他们实现，通过单片机的信息处理功能，将数据发送到液晶屏和上位机中；（2）完成了keiluVision５的安装与使用；（3）实现了多个部分共同配合完成一个目标的配合；（4）对硬件的熟悉程度有所上升，其实弄懂了基本原理之后，电路图也就变得简单了，实物连接的操作更是轻而易举；（5）对测试有了很多想法，在测试过程中也发现了许多程序上的错误，而这些错误都不是但看代码就能够发现的；6.2工作展望由于