一种基于uC/OSII和ZigBee的货架系统的制作方法

本实用新型属于货架系统技术领域，具体涉及一种基于uC/OSII和ZigBee的货架系统。

背景技术：

货架系统是货品分类与货品管理的基础，其广泛应用于大型物流仓库、工厂物品存储等。目前的货架系统主要分为：RFID型货架系统、限位型货架系统。其中RFID型货架系统占据主导地位，并占据货架系统的大部分市场份额。美国沃尔玛在2001年就开始进行RFID技术应用在货品分类的测试和研发工作，货品信息存储于电子标签，依靠RFID技术实现精准定位。使用限位型货架系统进行货品管理与分类，将增加物理线路的设计难度与限位器的数量，极大的提高成本开销与工程量。通过限位器只能达到定位效果，物品的相关信息得不到管理，将增加多余的成本开销去存储物品信息。并且限位器经过多年使用下，更换与维护都将极为困难。因此，目前市场上更倾向于使用基于RFID的货架系统。

RFID型货架系统相比于限位型货架系统，它无需设计复杂线路与定位装置的安装、维护。物品存放前由操作员将物品信息存储于RFID卡中，并将货品放置指定位置。通过软件管理物品的存储信息，当需要取出货品时，通过读取RFID卡中的数据即可找到货品的位置。因此，在成本、后期维护、实用性上都将优先于限位型货架系统。

RFID型货架系统摒弃了大量电路设计与限位器，提高了工作效率并减少了设备成本。但也引入了无线通信技术来完成数据的传递。由于货架系统要求数据传递的稳定性，因此传统的RFID型货架系统一贯采用WiFi模块全覆盖进行数据通信，这也将引入网络拓扑结构的设计与维护、路由设备的选材难题等。而当WiFi网络拓扑结构过于庞大时，数据传输将不稳定，因此，尽力而为的网络不宜大规模应用于范围有限的货架系统中。在仓库货架的硬件设施上，将传统的WiFi模块网络拓扑结构更替为ZigBee组网，由中心ZigBee节点与上位机通过WiFi直连，简化了复杂的网络拓扑结构，并保证了数据通信的稳定性。此外，中心节点采用uC/OSII系统加ZigBee的组合，在无线通信以ZigBee保证数据的稳定，在系统上uC/OSII保证系统数据的稳定与流畅。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：解决目前货架系统采用WiFi模块全覆盖进行数据通信，在网络拓扑结构过于庞大时，数据传输不稳定，不宜应用于大型货架系统的问题，提出一种基于uC/OSII和ZigBee的货架系统，将传统的WiFi模块全覆盖更替为ZigBee组网，由中心ZigBee节点与上位机通过WiFi直连，采用uC/OSII系统加ZigBee的组合，无线通信上ZigBee保证数据的稳定，在系统上uC/OSII保证系统数据的稳定与流畅，简化了复杂的网络拓扑结构，并保证了数据通信的稳定性。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于uC/OSII和ZigBee的货架系统，包括货架端、与货架端信号连接的中控端和与中控端信号连接的网络端，所述货架端包括第一uC/OSII操作系统的单片机、ZigBee终端、货架和设置在货架上的限位开关，中控端包括第二uC/OSII操作系统的单片机、ZigBee协调器模块和wifi模块，网络端包括路由器和服务器，限位开关信号传输至第一uC/OSII操作系统的单片机，第一uC/OSII操作系统的单片机将信号传输至ZigBee终端，再通过ZigBee终端和ZigBee协调器模块构成的ZigBee局域网传输至ZigBee协调器模块，再传输至第二uC/OSII操作系统的单片机，再通过连接的wifi模块和连接到wifi模块的路由器将数据传输至服务器。

进一步，所述系统还包括设置在货架上与货架端的第一uC/OSII操作系统的单片机连接的RFID位置绑定模块和与中控端的第二uC/OSII操作系统的单片机连接的RFID物品录入模块，RFID物品录入模块的信息由单片机传输至ZigBee协调器处理。

进一步，所述货架端还包括与第一uC/OSII操作系统的单片机连接的温湿度检测模块。

进一步，所述中控端还包括与第二uC/OSII操作系统的单片机连接的语音识别单元。

进一步，所述中控端还包括与第二uC/OSII操作系统的单片机连接的指纹识别模块。

进一步，所述uC/OSII操作系统的单片机采用STM32F407单片机。

进一步，所述系统模块间通过串口通信。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中，将传统的WiFi模块全覆盖更替为ZigBee组网，由中心ZigBee节点与上位机通过WiFi直连，采用uC/OSII系统加ZigBee的组合，在无线通信以ZigBee保证数据的稳定，在系统上uC/OSII保证系统数据的稳定与流畅，简化了复杂的网络拓扑结构，并保证了数据通信的稳定性；

2、本实用新型中，还包括与货架端的第一uC/OSII操作系统的单片机连接的RFID位置绑定模块和与中控端的第二uC/OSII操作系统的单片机连接的RFID物品录入模块，RFID物品录入模块的信息有单片机传输至ZigBee协调器处理，可以对物品信息位置等信息进行保存，并且在取出物品的时候，能直观获取物品信息；

3、本实用新型中，货架端增加有温湿度检测模块，可以实时的检测当前货架温度和湿度，对于存放干燥物品如石灰，木炭等的货架有着重要意义；

4、本实用新型中，中控端增加有语音识别单元，由上位机语音采集并根据指令与ZigBee中心节点通信，便于货架系统的使用与管理，可以大大提高操作的简便性；

5、本实用新型中，中控端增加有指纹识别模块，因为货架仓库人员多，使用指纹进行进入仓库认证，可以让管理者知道仓库的人员信息，其次存储信息量大，指纹模块可以录入大量的指纹，以满足大型仓库的需求，对进出人员进行指纹的严格检测，保证了物品的安全，安全性强；

6、本实用新型中，uC/OSII操作系统的单片机采用STM32F407单片机，STM32最小板有多个GPIO引脚，能够连接更多的模块，使整个系统功能更加完善，为货架仓库的多功能实现提供必要的保障；

7、本实用新型中，所述系统模块间通过串口通信，使整个无线局域网更加完善。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型系统结构图；

图中标记：1-货架，2-限位开关，3-RFID位置绑定模块，4-温湿度检测模块，5-第一uC/OSII操作系统的单片机，6-ZigBee终端，7-ZigBee协调器模块，8-RFID物品录入模块，9-语音识别单元，10-指纹识别模块，11-第二uC/OSII操作系统的单片机，12-wifi模块，13-路由器，14-服务器；

图2是本实用新型实施例货架端的电路原理图；

图3是本实用新型实施例中控端的电路原理图；

图4是本实用新型实施例系统操作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

一种基于uC/OSII和ZigBee的货架系统，将传统的wifi模块全覆盖更替为ZigBee组网，由中心ZigBee节点与上位机通过wifi直连，采用uC/OSII系统加ZigBee的组合，在无线通信以ZigBee保证数据的稳定，在系统上uC/OSII保证系统数据的稳定与流畅，简化了复杂的网络拓扑结构，并保证了数据通信的稳定性。

系统包括货架端、与货架端信号连接的中控端和与中控端信号连接的网络端，所述货架端包括第一uC/OSII操作系统的单片机5、ZigBee终端6、货架1和设置在货架上的限位开关2，中控端包括第二uC/OSII操作系统的单片机11、ZigBee协调器模块7和wifi模块12，网络端包括路由器13和服务器14，限位开关信号传输至第一uC/OSII操作系统的单片机，第一uC/OSII操作系统的单片机将信号传输至ZigBee终端，再通过ZigBee终端和ZigBee协调器模块构成的ZigBee局域网传输至ZigBee协调器模块，再传输至第二uC/OSII操作系统的单片机，再通过连接的wifi模块和连接到wifi模块的路由器将数据传输至服务器。系统结构图如图1所示。

进一步，所述系统还包括设置在货架上与货架端的第一uC/OSII操作系统的单片机连接的RFID位置绑定模块3和与中控端的第二uC/OSII操作系统的单片机连接的RFID物品录入模块8，RFID物品录入模块的信息由单片机传输至ZigBee协调器处理，可以对物品信息位置等信息进行保存，并且在取出物品的时候，能直观获取物品信息。

进一步，所述货架端还包括与第一uC/OSII操作系统的单片机连接的温湿度检测模块4，可以实时的检测当前货架温度和湿度，对于存放干燥物品如石灰，木炭等的货架有着重要意义。

进一步，所述中控端还包括与第二uC/OSII操作系统的单片机连接的语音识别单元9，由上位机语音采集并根据指令与ZigBee中心节点通信，便于货架系统的使用与管理，可以大大提高操作的简便性。

进一步，所述中控端还包括与第二uC/OSII操作系统的单片机连接的指纹识别模块10，因为货架仓库人员多，使用指纹进行进入仓库认证，可以让管理者知道仓库的人员信息，其次存储信息量大，指纹模块可以录入大量的指纹，以满足大型仓库的需求，对进出人员进行指纹的严格检测，保证了物品的安全，安全性强。

货架上物品信息通过贷架上的限位开关将数据发送给第一uC/OSII操作系统的单片机，然后至ZigBee终端，通过ZigBee组成的局域网将数据发给ZigBee协调器，接下来通过串口将数据传递给第二uC/OSII操作系统的单片机处理后，由wifi模块连接到路由器，最后通过tcp协议发送到服务器端。同时第一uC/OSII操作系统的单片机还检测和接收来自RFID位置绑定模块和温湿度检测模块发送过来的数据。第二uC/OSII操作系统的单片机还处理来自语音识别单元和指纹识别模块的数据，并通过串口以wifi模块为基础架设wifi。所述wifi模块可采用ESP8266WiFi模块、USR-C215WIFI模块或WH-C120 WIFI模块，uC/OSII操作系统的单片机可采用uC/OSII操作系统的STM32系列单片机，所述RFID位置绑定模块可采用MFRC-522 RC522RFID射频卡感应模块读卡器或FM1702SL射频卡模块读卡器。RFID位置绑定模块用于放置物品时，将物品与位置信息绑定，工作原理：将录入物品信息后的RFID卡靠近RFID位置绑定模块，再将物品放在限位开关上，即可将该位置与该物品绑定。所述RFID物品录入模块可采用MFRC-522 RC522RFID射频卡感应模块读卡器或FM1702SL射频卡模块读卡器，RFID物品录入模块用于录入将要放置在货架上的物品的基本信息，工作原理：将RFID卡靠近RFID物品录入模块，填写基本信息，即可将信息录入至RFID卡中。所述限位开关可采用KW11-3Z-2限位开关或SS-5GL限位开关，限位开关以10cm等间距嵌入至每层货架的平面，物品放置时，当物品放至货架所安装的限位开关上，便触发开关，反馈至货架端，配合位置绑定模块使用，完成位置与信息的绑定。

进一步，所述uC/OSII操作系统的单片机采用STM32F407单片机，STM32最小板有多个GPIO引脚，能够连接更多的模块，使整个系统功能更加完善，为货架仓库的多功能实现提供必要的保障。

进一步，所述系统模块间通过串口通信，使整个无线局域网更加完善。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本发明较佳实施例提供的一种基于uC/OSII和ZigBee的货架系统，系统包括货架端、与货架端信号连接的中控端和与中控端信号连接的网络端，所述货架端包括第一uC/OSII操作系统的单片机、ZigBee终端、货架和设置在货架上的限位开关(采用15个限位器)，中控端包括第二uC/OSII操作系统的单片机、ZigBee协调器模块和wifi模块，网络端包括路由器和服务器。还包括设置在货架上与货架端的第一uC/OSII操作系统的单片机连接的RFID位置绑定模块和与中控端的第二uC/OSII操作系统的单片机连接的RFID物品录入模块，RFID物品录入模块的信息由单片机传输至ZigBee协调器处理，可以对物品信息位置等信息进行保存，并且在取出物品的时候，能直观获取物品信息。还包括与第一uC/OSII操作系统的单片机连接的温湿度检测模块，可以实时的检测当前货架温度和湿度。还包括与第二uC/OSII操作系统的单片机连接的语音识别单元，由上位机语音采集并根据指令与ZigBee中心节点通信，便于货架系统的使用与管理。还包括与第二uC/OSII操作系统的单片机连接的指纹识别模块。wifi模块采用ESP8266WiFi模块，第一和第二uC/OSII操作系统的单片机采用uC/OSII操作系统的STM32F407单片机，RFID位置绑定模块采用MFRC-522 RC522RFID射频卡感应模块读卡器，RFID物品录入模块采用MFRC-522 RC522RFID射频卡感应模块读卡器，限位开关采用KW11-3Z-2限位开关，限位开关以10cm等间距嵌入至每层货架的平面，温湿度检测模块采用DHT11温湿度检测模块。

信号限位开关信号传输至第一uC/OSII操作系统的单片机，第一uC/OSII操作系统的单片机信号传输至ZigBee终端，再通过ZigBee终端和ZigBee协调器模块构成的ZigBee局域网传输至ZigBee协调器模块，再传输至第二uC/OSII操作系统的单片机，再通过连接的wifi模块和连接到wifi模块的路由器将数据传输至服务器，同时第一uC/OSII操作系统的单片机还检测和接收来自RFID位置绑定模块和温湿度检测模块发送过来的数据，第二uC/OSII操作系统的单片机还处理来自语音识别单元和指纹识别模块的数据。

图2为本实施例货架端的电路原理图。

图3为本实施例中控端的电路原理图。

图4为本实施例系统操作流程图。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。