RFID ZigBee系統在第三方物流的應用

本文以天津濱海新區日益壯大的第三方物流公司的扁平倉庫為應用環境，建立一套基於物聯網概念、具有可擴展價值的智慧倉儲解決方案。 在智慧倉儲RFID系統中，每個或多個RFID電子標籤都需要有其對應的讀寫器進行資訊感測，每組RFID讀卡機也需要與伺服器交換資料。 但在倉儲作業中，起重車輛的路面需要平整才能確保作業順利，且倉庫空間高大跨度大，佈線佈置不方便。 必須利用無線網路來實現無線數據互動。 因此，採用日益成熟的ZigBee技術將RFID讀卡機無線聯網，實現動態資料交換。

1 ZigBee 自組網解決方案演示

根據第三方物流倉儲的營運特性和實際傳輸距離需求，在橫向比較幾種無線傳輸方式後，選擇了基於ZigBee技術的無線自組網解決方案。 ZigBee自組網是基於IEEE802.1 5.4無線通訊技術、由多達65535個無線資料傳輸模組組成的高可靠性無線資料傳輸網路平台。 整個網路內，每個ZigBee資料傳輸模組都可以相互通信，節點之間的距離可以從標準的75 m無限擴展。 具有使用方便、運作可靠、價格低廉等特性。

與其他組網方式相比，ZigBee技術首先採用自組織網路通訊方式。 每個ZigBee節點都可以獨立工作。 一旦某個節點出現問題，資料可以透過其他節點傳輸，新的RFID可以隨時隨地傳輸。 當讀者加入網路時，不會影響整個網路的使用； 如果使用Wifi技術，AP的故障將導致覆蓋區域內的所有RFID閱讀器無法交換資料。 其次，ZigBee協定棧簡單，相對容易實作。 運作ZigBee需要係統資源約28 Kb，而藍牙協定堆疊相對複雜，需要約250 Kb系統資源。 此外，ZigBee比藍牙更具彈性，更有利於控制系統成本。

在倉儲作業中，根據作業流程，需要大量的資料傳輸節點，大量的通訊設備成本以及在網路上運行時的通訊成本直接影響系統成本； 除了初始投資成本之外，ZigBee 技術不會產生更多收益。 每日使用費。 雖然ZigBee的傳輸速率並不快（2.4GHz頻段僅為250Kb/s），但考慮到倉儲作業的特點，貨物托盤上的電子標籤只寫入貨物的ID號，以及字節長度通常在32B以內，因此不會對傳輸速率造成太大影響，滿足正常工作條件。 此外，ZigBee功耗低。 在相同的供電環境下，藍牙和WIFI的連續工作時間比ZigBee短得多。

RFID相關協定只規定了通訊接口，而ZigBee則有較完善的通訊網路協定。 ZigBee在工作頻段可以選擇2.4GHz ISM頻段（全球通用頻段），而RFID可以工作在915MHz或其他頻段。 兩者在通訊頻率上互不干擾。 考慮到倉庫是室內環境，節點之間的距離比較近，ZigBee模組在運作時可以穿透一定厚度的障礙物，因此訊號衰減可以忽略不計。 透過自組織網路協議，網路中的設備可以直接或間接進行無線通訊。 網路的可靠性和頻率利用率都非常高，ZigBee具有比較完善的安全認證模式。

綜上所述，第三方物流智慧倉儲中RFID系統選擇ZigBee技術作為資料傳輸網路最為適合。

2 網路原理與結構

一個ZigBee網路需要由中央協調器（Coordinator）和路由器（Router）組成。 每個 ZigBee 網路需要且只需要一個中央協調器來建立網路。 當一個節點加入時，它為c分配位址隱藏節點； 路由器負責發送、接收和轉發數據，並尋找最合適的路由路徑。 當節點加入時，節點在加入時會被指派位址，因此 ZigBee 網路可能需要多個路由器。 當一個網路由一個中心協調器和N個路由器組成時，這個網路就是一個真正的MESH網絡，每個節點發送的所有資料都會自動路由到目標節點。

基於ZigBee的RFID系統在第三方物流智慧倉儲的應用

基於ZigBee自組織網路技術的RFID系統採用MESH網路結構，由一個主控節點和多個子節點組成（子節點的數量取決於倉庫中RFID讀寫器的數量），如圖所示1、主控節點由伺服器和中央調諧器透過串列埠組成； 子節點由讀卡機和路由器透過串列埠組成。 串列埠選擇RS 232雙向通訊方式。

所有ZigBee設備啟動後，主節點將開始建立ZigBee網絡，將所有子節點添加到網路中，為每個子節點分配網路位址，並將資訊儲存在資料庫中。 讀卡機收集標籤資料後，首先將資料傳送到與其連接的路由器。 然後路由器將標籤資料連同讀卡機資訊透過多跳ZigBee網路傳送到主控節點進行儲存。 主控節點將讀卡機傳送給讀卡機。 透過與路由器通訊將參數配置指令傳送給讀寫器，定位節點設備進入省電模式； 當主控節點向子節點發出命令時，定位節點設備可以隨時被喚醒，透過查找子節點位址的網絡，然後根據多跳網路將命令傳送給路由器到網路位址，然後透過路由器傳給對應的讀卡器。 最後，路由器向主節點發送收到命令的確認通知。

3. 網路硬體佈局

以第三方物流扁平倉庫為例，每個貨位及倉庫出入口均安裝讀卡機。 貨物隨托盤進出倉庫。 電子標籤貼在托盤上，標籤上儲存了貨物的ID號碼。 用於組網的ZigBee設備基於TI公司的CC2530F256晶片，運行ZigBee2007/PRO協議，電路已整合到ZigBee模組中。 它具有ZigBee協定的所有特性。 使用此模組的優點是使用者不需要了解複雜的ZigBee協定。 所有ZigBee協定處理均在ZigBee模組內部自動完成，節點程式以嵌入式方式寫入模組內。 用戶只需透過串列埠傳輸資料即可。

其中，ZigBee模組、讀卡機和伺服器遵循RS 232非同步串列雙向通訊格式； 所有RFID讀卡機及其指示訊號透過集線器設備連接至單晶片，並由單晶片統一控制。 讀卡機也透過RS 232串列埠與微控制器連接。 ZigBee 模組、RFID 讀卡機和微控制器的電源供應器均在 5 至 12 V 之間，使用標準 TTL 電平。

伺服器和主控ZigBee模組安裝在倉庫總調度室，用於發送和接收指令以及倉儲作業的正常調度； 所有讀卡機和ZigBee設備都安裝在實際倉庫位置和倉庫出入口處，成為單一網路節點。 所有節點均由基於ZigBee無線傳輸的RFID系統組成。 貨位上方安裝有單晶片控制的貨位狀態指示燈，提醒工作人員正常倉儲作業； 資料庫處理後轉換的視覺化介面一方面顯示在調度室的主機上，另一方面顯示在倉庫中的大螢幕上供工作人員瀏覽。

RFID（ZigBee）系統在第三方物流的應用

當倉儲作業過程中出現其他工作流程和緊急情況時，如庫存盤點、貨物轉移至倉區、貨物錯位或標籤損壞等，RFID讀寫器透過即時感應到的訊號及時喚醒ZigBee路由器，然後將訊息傳輸到及時的方式。 交給中央協調器到後端資料庫進行儲存管理。 幾乎所有流程都將工人從傳統的操作方法中解放出來。 準確的資訊收集方式提高了系統資料管理的可靠性，有效防止人為錯誤。

4。結論

經過實際運作測試，在室內環境下，ZigBee模組之間距離約3m，訊號良好。 倉儲正常運作情況下，伺服器接收資料包的時間約為20~40ms，滿足正常運作狀況。

一個擁有約500個貨位的普通第三方倉庫需要約500個ZigBee模組。 市面上ZigBee模組的單價基本上在40元到60元，因此，在倉庫安裝一套ZigBee自組網系統的成本在2萬到3萬元之間。 對於大中型倉儲企業來說，性價比很高。 但對於一些重視利潤的小型倉儲業者來說，業務仍難以立即改善。 因此，如果成本無法有效控制，該計劃就無法推廣。 根據不同的企業規模和不同的倉庫特點，在實際方案實施過程中可以適當減少ZigBee模組的數量。 例如，相鄰的幾個RFID讀卡機可以透過集線器設備共用一個ZigBee模組，從而有效降低成本。 然而隨之而來的問題是每個ZigBee模組一次傳輸的資料量非常有限。 如果無法很好地解決資料順序傳輸方式和傳輸間隔問題，將會極大地影響系統的反應速度和工作效率。 不過，相信隨著ZigBee技術的不斷發展，這些問題在不久的將來都會得到解決。