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Zigbee无线扫描系统在现代物流中的应用
金纯[1,2] 万正兵[1] 陈许[1]
(重庆邮电大学[1] 重庆金瓯科技发展有限责任公司[2])


摘要:现代物流系统中所用的条码扫描器一般都是有线的条码扫描器。随着科技的进步与发展,这种传统的方式已经渐渐不能满足我们的需要了。本文提出一种基于Zigbee技术的无线扫描系统,并将这一系统应用于现代物流中。我们首先在物流工作现场构建基于Zigbee技术的无线局域网,然后将红外线扫描得到的信号经微处理器处理后通过Zigbee通信??榉⑸涞焦ぷ飨殖〉耐亟诘?,再通过有线的方式将网关数据传输到远端的物流中心服务器中,实现工作现场操作人员和物流中心服务器之间的信息交互。

关键词:Zigbee 无线扫描系统 现代物流
中图分类号:TP 文献标识码:B


该论文发表于《微计算机信息管控一体化》2007年7月21期23卷
国内统一刊号:ISSN1008-0570 CN14-1128/TP

The Application of Wireless Scanning System Based On Zigbee in Logistics
Jin chun Wan zhengbing Chen xu
(CQUPT Chongqing JINOU Science and Technology Development Co,Ltd)
Abstract: Bar code scanners used in modern logistics system are always wired scanners . With the development of science and technology, this traditional approach has gradually not met our needs. This paper raised a wireless scanning system based on Zigbee technology and used this system in modern logistics . Firstly, we build a wireless LAN based on the Zigbee in work on-site. And then we launch the signal via infrared scanning to the gateway node through Zigbee communications module. Finally we transmit the gateway date to logistics center server through cable manners. So we achieved communications between work on-site operators and logistics center server.
Keywords: Zigbee Wireless scanning system Modern logistics
1 引言
科学技术的不断进步推动着流通领域不断的革新与发展,条形码技术在物流领域中的应用是现代物流的显著特点,条形码这一先进技术大大提高了物流效率,加速了物流现代化的进程。然而目前传统的物流中我们所用的一般都是有线的条形码扫描系统。随着条形码技术在我们日常生活中的应用越来越广泛。有线的条形码扫描系统已经渐渐满足不了我们的需求了。我们所希望的是摆脱有线的束缚,让条形码扫描器能根据我们的需要自由的移动。本文阐述的就是一种基于Zigbee技术的无线扫描系统在现代物流中的应用。

  1. Zigbee技术

Zigbee是一种无线标准,Zigbee的基础是IEEE 802.15.4,这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network,PAN)工作组的一项标准。802.15.4的MAC层基于802.11无线LAN标准,但是它的物理层与流行的802.11b物理层相似。ZigBee有三个工作频段:2.402~2.480GHz、868~868.6MHz、902~928MHz,共27个信道。信道接入方式采用CSMA-CA,能有效地减少了帧的冲突。ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,主要适合于自动控制、传感、监控和远程控制等领域,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。
ZigBee定义了两种类型的设备:全功能设备FFD(Full Functional Device)和简化功能设备RFD(Reduced Function Device)。网络为主从结构,一个网络有一个网络协调者(Coordinator)和最多可达65535个从属设备。网络协调者必须是FFD,它负责管理和维护网络,包括路由、安全性、节点的附着与离开等。一个网络只需要一个网络协调者,其他终端设备可以是RFD,也可以是FFD。
主要技术特点如下

  1. 低功耗:发射功率为1mw,在待机模式下,两节普通干电池可以6个月到两年。
  2. 低成本:Zigbee通信??榈牡ノ怀杀驹诹矫涝笥?,并且Zigbee协议是免专利费的。
  3. 网络容量大:一个Zigbee网络可以容纳最多65536个从设备和一个主设备。
  4. 数据传输率低:Zigbee通信在2.4 GHz工业、科学、医学(ISM)的最高传输速率为250kbps,适用于报文吞吐量较小的通信应用场合。

另外,具有高可靠性、良好的安全性和兼容性。

  1. 条形码技术介绍

条形码是由美国的N.T.Woodland在1949年首先提出的,近年来,随着计算机应用的不断普及,条形码的应用得到了很大的发展,条形码可以标出商品的出厂国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起始地点、类别、日期等信息,因而在商品流通、图书管理、邮电管理、银行系统等许多领域都得到了广泛的应用。
条形码是由宽度不同、反射率不同的条和空,按照一定的编码规则(码制)编制成的,用以表达一组数字或字母符号信息的图形标识符,即条形码是一组粗细不同,按照一定规则安排间距的平行线条图形,常见的条形码是由放射率相差很大的黑条(简称条)和白条(简称空)组成的。
为了阅读出条形码所代表的信息,需要一套条形码识别系统,它由条形码扫描器、放大整形电路、译码接口电路和计算机系统等部分组成。
目前,国际广泛使用的一维条码种类有 EAN码 、UPC码(商品条码,用于在世界范围内唯一标识一种商品。我们在超市中最常见的就是这种条码)、 Code39 码(可表示数字和字母,在管理领域应用最广)、 ITF25 码(在物流管理中应用较多)、 Codebar 码(多用于医疗、图书领域)、 Code93 码、 Code128 码等。其中, EAN 码是当今世界上广为使用的商品条码,已成为电子数据交换( EDI )的基??; UPC 码主要为美国和加拿大使用;在各类条码应用系统中, Code39 码因其可采用数字与字母共同组成的方式而在各行业内部管理上被广泛使用;在血库、图书馆和照像馆的业务中, Codebar 码也被广泛使用。

  1. 基于Zigbee的无线扫描系统在现代物流中的应用

4.1 无线扫描终端结构图
无线扫描终端由CPU、RAM、FLASH、液晶显示???、红外扫描器、Zigbee无线通信???、A/D转换器、电源装置以及一些接口组成。其结构图如下。

 

文本框: USART  

无线扫描终端结构图

4.2 基于Zigbee技术的无线扫描系统结构图

基于Zigbee技术的无线扫描系统结构图
4.3 基于Zigbee技术的无线扫描系统说明
系统设计的基本思想是用Zigbee技术在作业现场搭建无线局域网,再通过网关设备经过有线的网络将数据传送到物流中心的服务器中。实现现场操作人员和物流中心服务器之间的信息交互。
现场操作人员的终端设备就是集成了红外线条码扫描器,液晶显示??楹蚙igbee通信??榈奈尴呤葜斩?。红外线条码扫描器的功能是对条码进行扫描从而实现货物信息的采集。液晶显示??榈墓δ苁墙邮瘴锪髦行牡募扑慊畔⒐芾硐低车闹噶钚畔⒉⑶医湎允靖殖〔僮魅嗽?,以便操作人员能根据实际要求对货物进行扫描。Zigbee通信??橛糜谏淦敌藕诺慕邮蘸头⑺?。红外线条码扫描器先将扫描后得到的光信号通过光电转换器转换成电信号,然后经过放大电路把模拟信号放大,最后经过A/D转换器转换成数字信号。转换后得到的数字信号经微处理器处理后通过Zigbee发射??槲尴叽渲磷饕迪殖≈械耐厣璞?,同时通过与微处理器的串行通信接口相连的液晶显示??榘押焱馍杵魃璧奶趼胄畔⑾允境隼?。
无线扫描系统终端直接和远端服务器进行数据交换,数据是以实时方式传输。数据从无线扫描系统终端发出,通过无线网络到达网关设备,网关设备通过双绞线或同轴电缆将数据传入有线LAN网,数据最后到达服务器的网卡端口后进入服务器,然后服务器将返回的数据通过原路径返回到无线扫描系统终端。这样操作人员在无线扫描系统终端上所有操作后的数据都在第一时间进入后台数据库。
无线扫描终端与物流中心服务器之间的连接基本上有三种方式:
1、TELNET终端仿真连接:在这种方式下,无线扫描终端本身不需要开发应用程序。只是通过TELNET服务登陆到物流中心服务器上,远程运行服务器上面的程序。在这种方式下工作,通讯的效率相对会低一些。但是由于在无线扫描终端上无需开发应用程序,在系统更新升级方面会相对简单、容易。
2、传统的C/S结构:将无线扫描终端作为系统的CLIENT端,无线扫描终端上面根据用户的应用流程要求进行程序的开发。这种方式下工作,通讯的效率相应的较高。但是每台无线扫描终端都要安装应用程序,对于后期的应用升级显得较麻烦。
3、B/S结构:在无线数据采集器上面内嵌浏览器,通过HTTP协议与应用服务器进行数据交换。
这里,无线扫描终端与远端物流中心服务器之间信息的交互可以采用B/S结构,在无线扫描终端上内嵌浏览器,通过HTTP协议与远端服务器进行数据交换。无线扫描终端与远端物流中心服务器之间交互的步骤是:

  1. 无线扫描终端利用浏览器与服务器建立连接,发送URL请求。
  2. 服务器调用存入无线扫描终端中的CGI程序,使用无线扫描终端传递的参数作为CGI程序的参数。(CGI是一个用于定义Web服务器与外部程序之间通信方式的标准,可以用作一个扩展Web服务器功能的接口,通过CGI可以实现与访问Web网页的用户交互。)
  3. CGI以能被识别的格式返回处理结果给物流中心服务器;
  4. 物流中心服务器将数据返回无线扫描终端处理,并通过浏览器显示CGI执行的结果。

 

CGI程序

物流中心服务器

浏览器

1发请求 2 调用程序
 

4返回格式文档 3生成HTML文件

无线扫描终端上的浏览器与物流中心服务器之间的交互图
在作业现场需要架设一些固定的网关设备,并且用电缆连接起来,用于收集Zigbee无线信号,并将收集到的信号通过有线的方式传输到物流中心的服务器中。而在作业现场的边缘地区比如仓库的角落等地方我们没有必要也架设固定的网关,可以通过Zigbee路由器将信号转发至相邻的网关。Zigbee网关还需要为建立和启动网络这一过程设置参数,其中包括选择一个射频信道、唯一的网络标识符以及一系列操作参数,以及完成由Zigbee无线传输数据格式到有线传输数据格式的转换。Zigbee路由器作为远程设备之间的中继器来进行通信,能够用来拓展网络的范围。无线扫描系统终端不参加路由选择。为了提高路由效率,我们让路由器去发现捷径。希望利用捷径的每一个路由器都必须保存一个'D,N'表,其中D是目的地址,而N是通往该目的地路线上的下一跳设备的地址。如果没有捷径通信流量就遵循树形选择路线。在Zigbee中,借以发现捷径的简单请求响应协议来自一种叫做"按需距离矢量"的算法。
在物流配送过程中,现场操作人员通过扫描单据号,通过无线扫描终端及Zigbee网络实时的提交给物流中心的服务器。物流中心的服务器就会将用户购买的产品名称、编码、数量以及送达方姓名、单位、地址等一些信息发送给无线扫描终端。工作人员便开始根据要求扫描货物,扫描后的信息实时的传送到物流中心服务器的数据库中。计算机信息管理系统对该工作人员所配送的产品进行检查,如准确无误则允许配送,否则将错误发送至该工作人员的无线扫描终端上。这样就可以减少工作人员的出错率,提高物流配送的效率。

  1. 总结

由于在物流通信系统中报文吞吐量较小,所以把Zigbee技术引入到物流领域中也是一种切实可行的办法。在物流领域中,无线化是一个不可避免的发展趋势。无线化能使我们的物流更灵活、更便捷?;赯igbee技术的无线扫描系统能够在物流领域的入库作业环节实现对入库数据的高效采集。能够在物流领域的出库作业环节通过操作人员对出库产品的扫描核对和确认实现严密管理。
参考文献
[1] 金纯,蒋小宇,罗祖秋,Zigbee与蓝牙的分析与比较[J],信息技术与标准化,2004(6)-17-20
[2] 金纯,齐岩松,Zigbee在单兵作战系统中的应用[J],现代电子技术,2006(1)-29-31
[3] 郑武,金纯,杨致远,可穿戴式无线网络技术研究及应用[J],微计算机信息,2005(8)-108-110
[4] 邓晓红,谌震文,占军,易明华,基于EWS的EPA蓝牙数据采集系统设计[J], 单片机与嵌入式系统应用,2005(7)-54-57
本文作者创新点:在现代物流中的通信由于主要是完成数据的传输,所以基于zigbee技术的无线扫描系统就成为了可能。把zigbee技术应用到现代物流中,从而可以实现现代物流中的红外扫描的无线化。 Zigbee技术相比其他技术来说有其独得的优点,它成本低、组网灵活,并且也能满足物流中的通信需要。
作者简介:金纯:(1966-),男(汉族),重庆市人,重庆邮电大学通信学院教授,博士,1989年赴美留学,主要从事短距离通信技术研发。
万正兵:(1981-)男(汉族),湖北人,25岁,重庆邮电大学通信与信息系统专业硕士研究生,研究方向个人通信。
Jin chun : (1966-), male (Han), Chongqing, the professor of Chongqing University of Post and Telecommunications, Doctor., traveling to the United States to study in 1989. He mainly engaged in short-range communication technology research and development.
Wan zhengbing: (1981- ), male (Han), Hubei, 25, the postgraduate of Chongqing University of Post and Telecommunications, engaged in personal communications research..
项目介绍:本文受到重庆市自然科学基金"基于无线通信的可穿戴式网络设备,系统结构及其关键技术研究"项目支持, 项目编号:CSTC,2005BB2220
通信地址:重庆市石桥铺科园三路106#高新区留学人员创业园208# 重庆市金瓯科技发展有限责任公司 实习研究生 万正兵 (收)

邮政编码:400039 电话:13101332971 E-mail: [email protected]

 

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