Penerapan sistem RFID ZigBee dalam logistik pihak ketiga

Artikel ini menggunakan gudang datar milik perusahaan logistik pihak ketiga yang sedang berkembang di Area Baru Tianjin Binhai sebagai lingkungan aplikasi untuk membangun serangkaian solusi pergudangan cerdas berdasarkan konsep Internet of Things dan dengan nilai terukur. Dalam sistem RFID pergudangan pintar, setiap atau beberapa Tag elektronik RFID memerlukan pembaca/penulis yang sesuai untuk penginderaan informasi, dan setiap kelompok pembaca Kartu RFID juga perlu bertukar data dengan server. Namun, dalam operasional pergudangan, permukaan jalan untuk mengangkat kendaraan harus mulus untuk memastikan kelancaran pengoperasian, dan ruang gudang tinggi serta memiliki bentang yang lebar, sehingga tata letak kabel tidak nyaman. Jaringan nirkabel harus digunakan untuk mencapai interaksi data nirkabel. Oleh karena itu, teknologi ZigBee yang semakin matang digunakan untuk jaringan nirkabel pembaca kartu RFID untuk mencapai pertukaran data yang dinamis.

1 Demonstrasi solusi jaringan ad hoc ZigBee

Berdasarkan karakteristik pengoperasian pergudangan logistik pihak ketiga dan persyaratan jarak transmisi aktual, setelah membandingkan beberapa metode transmisi nirkabel secara horizontal, solusi jaringan ad hoc nirkabel berdasarkan teknologi ZigBee dipilih. Jaringan ad hoc ZigBee adalah platform jaringan transmisi data nirkabel dengan keandalan tinggi berdasarkan teknologi komunikasi nirkabel IEEE802.1 5.4 dan terdiri dari hingga 65.535 modul transmisi data nirkabel. Dalam seluruh jaringan, setiap modul transmisi data ZigBee dapat berkomunikasi satu sama lain, dan jarak antar node dapat diperluas tanpa batas dari standar 75 m. Ini memiliki karakteristik penggunaan yang mudah, pengoperasian yang andal, dan harga murah.

Dibandingkan dengan metode jaringan lainnya, teknologi ZigBee pertama kali mengadopsi metode komunikasi jaringan ad hoc. Setiap node ZigBee dapat bekerja secara independen. Begitu terjadi masalah pada sebuah node, data dapat dikirim melalui node lain, dan RFID baru dapat dikirim kapan saja dan dimana saja. Ketika pembaca bergabung dengan jaringan, hal itu tidak akan mempengaruhi penggunaan seluruh jaringan; jika teknologi Wifi digunakan, kegagalan AP akan menyebabkan semua Pembaca RFID di area jangkauan tidak dapat bertukar data. Kedua, tumpukan proTokol ZigBee sederhana dan relatif mudah diimplementasikan. Menjalankan ZigBee memerlukan sumber daya sistem sekitar 28 Kb, sedangkan tumpukan protokol Bluetooth relatif kompleks dan memerlukan sumber daya sistem sekitar 250 Kb. Selain itu, ZigBee lebih fleksibel dibandingkan Bluetooth dan lebih kondusif untuk mengendalikan biaya sistem.

Dalam operasi pergudangan, sesuai dengan proses operasinya, diperlukan sejumlah besar node transmisi data, dan biaya sejumlah besar perAlatan komunikasi serta biaya komunikasi saat berjalan di jaringan secara langsung mempengaruhi biaya sistem; Teknologi ZigBee tidak akan menghasilkan lebih banyak selain biaya investasi awal. Biaya penggunaan harian. Meskipun kecepatan transmisi ZigBee tidak cepat (pita frekuensi 2,4 GHz hanya 250 Kb/s), mengingat karakteristik operasi pergudangan, tag elektronik pada palet kargo hanya menuliskan nomor ID kargo, dan panjang byte. biasanya berada dalam kisaran 32 B, sehingga tidak akan terlalu berdampak pada laju transmisi dan memenuhi kondisi kerja normal. Apalagi ZigBee memiliki konsumsi daya yang rendah. Di bawah lingkungan catu daya yang sama, waktu kerja berkelanjutan Bluetooth dan WIFI jauh lebih singkat daripada ZigBee.

Protokol terkait RFID hanya menetapkan antarmuka komunikasi, sedangkan ZigBee memiliki protokol jaringan komunikasi yang relatif lengkap. ZigBee dapat memilih pita frekuensi ISM 2,4 GHz (pita frekuensi umum global) pada pita frekuensi kerja, sedangkan RFID dapat bekerja pada pita frekuensi 915 MHz atau lainnya. Keduanya Tidak saling mengganggu pada frekuensi komunikasi. Mengingat gudang merupakan lingkungan dalam ruangan dan jarak antar node relatif dekat, maka modul ZigBee dapat menembus rintangan dengan ketebalan tertentu selama pengoperasian, sehingga redaman sinyal dapat diabaikan. Melalui protokol jaringan yang mengatur dirinya sendiri, perangkat dalam jaringan dapat berkomunikasi secara nirkabel secara langsung atau tidak langsung. Keandalan dan pemanfaatan frekuensi jaringan sangat tinggi, dan ZigBee memiliki mode otentikasi keamanan yang relatif lengkap.

Singkatnya, yang paling tepat adalah memilih teknologi ZigBee sebagai jaringan transmisi data untuk sistem RFID di pergudangan pintar logistik pihak ketiga.

2 Prinsip dan struktur jaringan

Jaringan ZigBee perlu terdiri dari koordinator pusat (Koordinator) dan router (Router). Setiap jaringan ZigBee memerlukan dan hanya membutuhkan satu koordinator pusat untuk membuat jaringan. Ketika sebuah node bergabung, ia mengalokasikan alamat ke cnode tingkat tinggi; router bertanggung jawab untuk mengirim, menerima dan meneruskan data, serta menemukan jalur perutean yang paling sesuai. Ketika sebuah node bergabung, Node diberi alamat saat bergabung, sehingga jaringan ZigBee mungkin memerlukan beberapa router. Ketika suatu jaringan terdiri dari koordinator pusat dan N router, jaringan tersebut adalah jaringan MESH yang sebenarnya, dan semua data yang dikirim oleh setiap node secara otomatis dialihkan ke node target.

Penerapan sistem RFID berbasis ZigBee di pergudangan pintar logistik pihak ketiga

Sistem RFID berdasarkan teknologi jaringan pengorganisasian mandiri ZigBee mengadopsi struktur jaringan MESH dan terdiri dari node kontrol utama dan beberapa sub-node (jumlah sub-node tergantung pada jumlah pembaca RFID di gudang), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Node kontrol utama terdiri dari server dan koordinator pusat melalui port serial; sub-node terdiri dari pembaca kartu dan router melalui port serial. Port serial memilih mode komunikasi dua arah RS 232.

Setelah semua perangkat ZigBee dimulai, node master akan mulai membangun jaringan ZigBee, menambahkan semua sub-node ke jaringan, menetapkan alamat jaringan ke setiap sub-node, dan menyimpan informasi dalam database. Setelah pembaca kartu mengumpulkan data tag, ia terlebih dahulu mengirimkan data tersebut ke router yang terhubung dengannya. Router kemudian mengirimkan data tag bersama dengan informasi pembaca kartu ke node kontrol utama melalui jaringan multi-hop ZigBee untuk disimpan. Node kontrol utama mengirimkan pembaca ke pembaca kartu. Perintah konfigurasi parameter dikirim ke pembaca melalui komunikasi dengan router, dan kemudian perangkat node lokasi memasuki mode hemat daya; ketika node kontrol utama mengeluarkan perintah ke node anak, perangkat lokasi node dapat dibangunkan kapan saja, dengan mencari jaringan alamat node anak, dan kemudian menyampaikan perintah tersebut ke router melalui jaringan multi-hop sesuai ke alamat jaringan, lalu meneruskannya ke pembaca kartu yang sesuai melalui router. Terakhir, router mengirimkan notifikasi konfirmasi penerimaan perintah ke node master.

3. Tata letak perangkat keras jaringan

Mengambil contoh gudang datar logistik pihak ketiga, pembaca kartu dipasang di setiap ruang kargo dan di pintu masuk dan keluar gudang. Barang masuk dan keluar gudang dengan palet. Label elektronik ditempelkan pada palet, dan label tersebut menyimpan nomor ID barang. Peralatan ZigBee yang digunakan untuk jaringan didasarkan pada chip CC2530F256 perusahaan TI, menjalankan protokol ZigBee2007/PRO, dan sirkuit telah diintegrasikan ke dalam modul ZigBee. Ia memiliki semua karakteristik protokol ZigBee. Keuntungan menggunakan modul ini adalah pengguna tidak perlu memahami protokol ZigBee yang rumit. Semua pemrosesan protokol ZigBee secara otomatis diselesaikan dalam modul ZigBee, dan program node ditulis ke dalam modul secara tertanam. Pengguna hanya perlu mengirimkan data melalui port serial.

Diantaranya, modul ZigBee, pembaca kartu dan server mengikuti format komunikasi dua arah serial asinkron RS 232; semua pembaca kartu RFID dan sinyal indikatornya terhubung ke mikrokontroler melalui perangkat hub, dan dikontrol secara seragam oleh mikrokontroler. Pembaca kartu juga terhubung ke mikrokontroler melalui port serial RS 232. Catu daya modul ZigBee, pembaca kartu RFID, dan mikrokontroler semuanya antara 5 dan 12 V, menggunakan level TTL standar.

Server dan modul kontrol utama ZigBee dipasang di ruang pengiriman umum gudang dan digunakan untuk mengirim dan menerima instruksi dan pengiriman normal operasi pergudangan; semua pembaca kartu dan perangkat ZigBee dipasang di lokasi gudang sebenarnya serta pintu masuk dan keluar gudang untuk menjadi satu node jaringan. Semua node terdiri dari sistem RFID berdasarkan transmisi nirkabel ZigBee. Lampu indikator status ruang kargo yang dikendalikan oleh mikrokontroler dipasang di atas ruang kargo untuk mengingatkan staf akan operasi pergudangan normal; antarmuka visual yang diubah setelah diproses oleh database ditampilkan pada komputer host di ruang pengiriman di satu sisi, dan di sisi lain ditampilkan di gudang. Layar besar disediakan untuk dijelajahi oleh staf.

Penerapan sistem RFID (ZigBee) dalam logistik pihak ketiga

Ketika alur kerja dan keadaan darurat lainnya terjadi selama operasi pergudangan, seperti penghitungan inventaris, pemindahan barang ke area gudang, barang salah penempatan atau label rusak, dll., pembaca RFID membangunkan router ZigBee tepat waktu melalui sinyal yang dirasakan secara real time, dan kemudian mengirimkan informasi dalam asecara tepat waktu. Itu diserahkan kepada koordinator pusat ke database backend untuk manajemen penyimpanan. Hampir semua proses membebaskan pekerja dari metode operasi tradisional. Mode pengumpulan informasi yang akurat meningkatkan keandalan pengelolaan data sistem dan secara efektif mencegah kesalahan manusia.

4. Kesimpulan

Setelah pengujian operasi sebenarnya, modul ZigBee dipisahkan sekitar 3 m satu sama lain di lingkungan dalam ruangan, dan sinyalnya bagus. Dalam kondisi operasi pergudangan normal, waktu yang dibutuhkan server untuk menerima paket data adalah sekitar 20 hingga 40 ms, yang memenuhi kondisi kerja normal.

Gudang pihak ketiga biasa dengan sekitar 500 ruang kargo memerlukan sekitar 500 modul ZigBee. Harga satuan modul ZigBee di pasaran pada dasarnya adalah RMB 40 hingga RMB 60. Oleh karena itu, biaya pemasangan sistem jaringan swakelola ZigBee di gudang adalah antara 20.000 dan 30.000 yuan. Untuk perusahaan pergudangan besar dan menengah, ini hemat biaya. Namun, bagi beberapa perusahaan pergudangan kecil yang hanya mementingkan keuntungan, masih sulit untuk segera meningkatkan usahanya. Oleh karena itu, jika biaya tidak dapat dikendalikan secara efektif, rencana tersebut tidak dapat digeneralisasikan. Menurut ukuran perusahaan yang berbeda dan karakteristik gudang yang berbeda, jumlah modul ZigBee dapat dikurangi secara tepat selama penerapan solusi sebenarnya. Misalnya, beberapa pembaca kartu RFID yang berdekatan dapat berbagi modul ZigBee melalui perangkat hub, sehingga secara efektif mengurangi biaya. Namun, masalah selanjutnya adalah jumlah data yang dikirimkan oleh setiap modul ZigBee pada suatu waktu sangat terbatas. Jika masalah metode transmisi data sekuensial dan interval transmisi tidak dapat diselesaikan dengan baik, maka kecepatan respon dan efisiensi kerja sistem akan sangat terpengaruh. Namun, saya yakin masalah ini akan teratasi dalam waktu dekat dengan pengembangan teknologi ZigBee yang berkelanjutan.