一種基于rfid的叉車防碰撞系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于RFID的叉車防碰撞系統(tǒng)和方法，屬于無線通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在國際上，一些先進(jìn)國家自80年代末便開始研究汽車防碰撞系統(tǒng)。在90年代初，美、德、日等國家已報道在民用汽車上裝備了防碰撞系統(tǒng)。然而，我國在防碰撞系統(tǒng)方面的起步卻比較晚，技術(shù)尚且不成熟，所以尚未見到有批量化生產(chǎn)和裝備汽車的報道。隨著無線通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)承載能力和數(shù)據(jù)處理能力日新月異。同時，互聯(lián)網(wǎng)中現(xiàn)有的信息已經(jīng)無法完全滿足網(wǎng)絡(luò)用戶日益增長的信息需求量。人們開始嘗試通過新的無線通信技術(shù)將越來越多的設(shè)備乃至各種物品抽象為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，接入到互聯(lián)網(wǎng)之中。在此基礎(chǔ)上，人們可以通過網(wǎng)絡(luò)來管理控制各種設(shè)備和物品，并與他們進(jìn)行信息交換和共享。
[0003]這種以互聯(lián)網(wǎng)為核心拓展和延伸而成的物物相連的網(wǎng)絡(luò)被稱為物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射擊頻技術(shù)(即RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
[0004]物聯(lián)網(wǎng)覆蓋到的行業(yè)很多，而在對傳感網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)和市場的拓展中，其中非常關(guān)鍵的技術(shù)之一就是RFID技術(shù)。其實(shí)質(zhì)，就是利用RFID技術(shù)，結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)筑一個由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無數(shù)移動的標(biāo)簽組成的比互聯(lián)網(wǎng)更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)。
[0005]RFID (Rad1 Frequency Identificat1n)技術(shù)，又稱無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。在現(xiàn)有的短距離無線通信技術(shù)中，RFID具有讀取方便快捷、識別速度快、使用壽命長和成本低廉等顯著優(yōu)點(diǎn)。目前，RFID技術(shù)廣泛應(yīng)用于移動支付、門禁控制、包裹追蹤識別、后勤管理、產(chǎn)品防偽、移動商務(wù)、票證管理、物料管理、汽車防盜器、停車場管制、生產(chǎn)線自動化等方面。
[0006]物聯(lián)網(wǎng)與RFID等無線通信技術(shù)是密不可分的。物聯(lián)網(wǎng)的準(zhǔn)確概念是1999年由MITAuto-1D中心的Ashton教授在研究RFID時提出來的。另外，以RFID為代表的短距離無線通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在組網(wǎng)階段的關(guān)鍵技術(shù)之一。其次，在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也帶動了人們對無線傳感器等無線通信設(shè)備的需求增長，同時也促進(jìn)了無線通信技術(shù)向高速率，低能耗，抗干擾方向發(fā)展。
[0007]在定位領(lǐng)域，為了彌補(bǔ)GPS在室內(nèi)由于建筑物的阻擋和多徑效應(yīng)定位效果的驟降，出現(xiàn)了基于RFID技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)。RFID定位與跟蹤系統(tǒng)主要利用標(biāo)簽對物體的唯一標(biāo)識特性，依據(jù)讀寫器與安裝在物體上的標(biāo)簽之間射頻通信的信號來測量物品的空間位置。
[0008]隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)同時與多個目標(biāo)之間的正確的數(shù)據(jù)交換，即解決RFID系統(tǒng)中多個讀寫器和應(yīng)答器之間的數(shù)據(jù)碰撞，成為了限制RFID技術(shù)發(fā)展的難題。近年來，RFID技術(shù)由于其非接觸和非視距成本較低，傳輸范圍大等優(yōu)點(diǎn)有望成為室內(nèi)目標(biāo)跟蹤定位的首選。該叉車防碰撞管理系統(tǒng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合RFID定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)叉車的防碰撞和智能化調(diào)度。而本發(fā)明能夠很好地解決上面的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明目的在于解決了在倉庫環(huán)境中叉車與人員、叉車與叉車之間的防碰撞預(yù)警的問題，實(shí)現(xiàn)了在倉庫中物品和人員之間的智能化管理。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種基于RFID的叉車防碰撞管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括布置在叉車中的叉車模塊和放置在倉庫中的倉庫模塊。
[0011]叉車模塊的功能是:包括叉車的蓄電池組、車載平板電腦、RFID閱讀器、RFID全向天線和位于車頂?shù)腞FID低頻激活標(biāo)簽。其中，RFID全向天線和RFID閱讀器用串口進(jìn)行連接，并使用叉車的蓄電池組為RFID閱讀器供電。由于RFID標(biāo)簽功耗極低，故采用干電池供電，1節(jié)容量500mAh的扣式鋰錳電池即可滿足該標(biāo)簽工作一年的電力需求。
[0012]倉庫模塊的功能是:包括電源模塊、RFID天線和閱讀器、低頻激活器、低頻棒狀天線、以太網(wǎng)交換機(jī)、服務(wù)器和顯示器。RFID天線與RFID閱讀器用串口連接后，再通過電纜與以太網(wǎng)交換機(jī)相連，最后連接到服務(wù)器上。另外，為了確保定位的精確程度，每個低頻激活器需要連接若干個低頻棒狀天線，作為定位的參考。
[0013]電源模塊(即:叉車蓄電池組)采用48V直流電的方式向RFID閱讀器供電。低頻激活器、交換機(jī)、服務(wù)器和顯示器均使用普通的220V交流電，并不需要額外的電源模塊。
[0014]本發(fā)明在倉庫中布置若干低頻激活器，激活器主動發(fā)射包含其編號的連續(xù)低頻脈沖信號。倉庫中的叉車，人員以及特定物品上攜帶的RFID低頻激活標(biāo)簽，當(dāng)收到某激活器的激活信號時，該標(biāo)簽的低頻芯片將實(shí)時解析出該激活器編號和天線編號。同時檢測出該低頻信號的RSSI場強(qiáng)值，然后喚醒并傳入MCU，接著打開板載的無線射頻芯片進(jìn)行一次強(qiáng)信號發(fā)射。倉庫內(nèi)的RFID天線接收到來自標(biāo)簽發(fā)送的信號，交由閱讀器進(jìn)行解析。各個閱讀器的數(shù)據(jù)匯集到交換機(jī)傳送給服務(wù)器。利用服務(wù)器端軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，就可以得到各標(biāo)簽的位置信息和運(yùn)動軌跡，結(jié)果可以實(shí)時的顯示在顯示器上。叉車上的車載電腦可以通過無線方式與服務(wù)器進(jìn)行連接，并向服務(wù)器請求該叉車標(biāo)簽所在位置附近的其他標(biāo)簽的位置信息。
[0015]叉車模塊上的車載電腦通過無線方式連接倉庫內(nèi)的定位服務(wù)器，不斷接收來自服務(wù)器的定位信息，并由運(yùn)行在其上的客戶端軟件生成周圍標(biāo)簽位置的圖像。叉車上的RFID閱讀器預(yù)先設(shè)定了信號接收距離，當(dāng)該閱讀器接收到了來自人員或叉車標(biāo)簽的信號后，將解析出的RSSI場強(qiáng)值，標(biāo)簽ID等信息傳給車載電腦。車載電腦上的客戶端軟件會提示駕駛員周圍出現(xiàn)了哪些人員和車輛，并按照由RSSI場強(qiáng)值估算的距離增序排列。當(dāng)RSSI值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閾值時，說明可能發(fā)生碰撞，客戶端軟件會控制報警器報警，提醒周圍的單位及時避讓。當(dāng)叉車裝載貨物時，叉車上的RFID傳感器(即:天線加上閱讀器)會接收到貨物上的標(biāo)簽傳來的射頻信號。RFID傳感器將掃描到的信息傳遞給車載電腦，叉車駕駛員可以通過客戶端軟件連接企業(yè)庫存管理軟件得知裝載貨物的詳細(xì)信息，在一定程度上可以提高工作效率。
[0016]本發(fā)明還提供了一種基于RFID的叉車防碰撞系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，該方法包括如下步驟:
[0017]步驟1:標(biāo)簽處于未激活狀態(tài)。
[0018]步驟2:檢測標(biāo)簽是否接收到低頻脈沖信號，若無，則返回步驟1 ;若收到信號，則將激活器ID、天線ID、RSSI場強(qiáng)值和自身標(biāo)簽ID等信息打包成數(shù)據(jù)包并通過高頻電磁波發(fā)射出去。
[0019]步驟3:檢測RFID傳感器是否接收到信號，若無，則返回步驟2 ;若有，則利用閱讀器解析出激活器ID、天線ID、RSSI場強(qiáng)值和時間戳等信息傳遞給信息服務(wù)器。
[0020]步驟4:服務(wù)器端軟件解析數(shù)據(jù)包，用RSSI方法計(jì)算出各標(biāo)簽的位置并圖形化顯不ο
[0021]步驟5:檢測是否收到客戶端的數(shù)據(jù)請求，若無，則重新執(zhí)行步驟5 ;若有，則返回UDP數(shù)據(jù)包給客戶端。
[0022]步驟6:客戶端解析UDP數(shù)據(jù)包并圖形化顯示，輔助駕駛員駕駛。
[0023]步驟7:檢測傳感器是否接收到人員和叉車標(biāo)簽的信號，若無，則表示叉車處于安全行駛狀態(tài)，周圍沒有人員車輛，并重新執(zhí)行步驟7 ;若有，則將這些標(biāo)簽作為可能發(fā)生碰撞的對象根據(jù)信號強(qiáng)度估算出距離，并按距離倒序列表排列。
[0024]步驟8:檢測標(biāo)簽的RSSI場強(qiáng)值有沒有達(dá)到闕值，若未達(dá)到闕值，則表示叉車處于安全行駛狀態(tài)，并返回步驟7 ;若達(dá)到闕值，則客戶端軟件提示警告信息給駕駛員，并控制聲光警告器報警。
[0025]本發(fā)明的上述方法應(yīng)用于基于RFID的叉車防碰撞系統(tǒng)。
[0026]有益效果:
[0027]1、本發(fā)明的RFID低頻激活器采用時分多址技術(shù)，多設(shè)備互不干擾，可以同時激活幾百個標(biāo)簽，并且發(fā)射的低頻脈沖信號可以有效穿透墻體和人體等障礙物。
[0028]2、本發(fā)明采用RSSI方法實(shí)現(xiàn)倉庫內(nèi)人員、叉車和貨物的定位，可以使覆蓋倉庫所需的RFID閱讀器數(shù)量減少，并且提高定位精度。
[0029]3、本發(fā)明的RFID閱讀器獲取到的標(biāo)簽位置信息，可以通過服務(wù)器實(shí)時傳給車載電腦可以讓叉車駕駛員了解周圍的狀況。
[0030]4、本發(fā)明叉車模塊的所有器件利用叉車蓄電池的供電，不需要額外的電源模塊，很好地節(jié)約了成本。
[0031]5、本發(fā)明系統(tǒng)平臺具有良好的可擴(kuò)展性和易維護(hù)性，增加傳感器不需要變動更改已經(jīng)部署的系統(tǒng)，能夠輕松地擴(kuò)大定位范圍。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的叉車模塊的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的倉庫模塊的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖3為本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0036]如圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠在倉庫區(qū)域內(nèi)通過RFID收發(fā)模塊的通信，實(shí)現(xiàn)倉庫與叉車之間的信息交互，對叉車提供防碰撞預(yù)警。
[0037]本發(fā)明提供了一種基于RFID的叉車防碰撞管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由布置在叉車中的叉車模塊和放置在倉庫中的倉庫模塊組成。如圖1所示，叉車模塊由叉車的蓄電池組、車載平板電腦、RFID全向傳感器、聲光報警器與電纜等組成。其中，RFID全向傳感器包含RFID天線和RFID閱讀器，并且RFID全向傳感器包含RFID天線和RFID閱讀器用串口進(jìn)行連接，并使用叉車的蓄電池組為RFID閱讀器供電。由于RFID標(biāo)簽功耗極低，故采用干電池供電，1節(jié)容量500mAh的扣式鋰錳電池即可滿足該標(biāo)簽工作一年的電力需求。其工作流程如下:叉車蓄電池向車載平板電腦、RFID全向傳感器、聲光報警器提供直流電。在工作時，RFID全向傳感器不斷獲取標(biāo)簽信息，并通過無線方式傳給服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過處理后再將信息傳給車載平板電腦，并在平板電腦上圖形化顯示。若存在可能發(fā)生碰撞的叉車，則觸警報，發(fā)聲光報警器發(fā)出警告信息。
[0038]客戶端軟件每個一小段時間向服務(wù)器請求一次數(shù)據(jù)，服務(wù)器返回數(shù)據(jù)采用UDP封裝，UDP數(shù)據(jù)包的格式如下:S卩(標(biāo)簽ID，時間，X軸坐標(biāo)，Y軸坐標(biāo)，Z軸坐標(biāo))，如“004-521-260，2015-05-2716:22:37，3.879，— 96.