TYK-WL02型 倉儲物流物聯網實訓系統(tǒng)
一、系統(tǒng)簡介
TYK-WL02型 倉儲物流物聯網實訓系統(tǒng)以倉儲管理和物流運輸為背景，以貨物出入港口以及倉儲的流程為核心，以港口及倉儲貨物的智能化裝卸與交通運輸為研究內容，構建的一套類似真實的現代化港口倉儲物流實訓系統(tǒng)，主要模擬周轉于倉庫與港口碼頭之間的貨物裝卸、運輸、盤點的流程。
圖片供參考，以實物為準
TYK-WL02型 倉儲物流物聯網實訓系統(tǒng)由智能倉儲物流網關、集裝箱絎車裝卸貨子系統(tǒng)，智能車輛運輸子系統(tǒng)、立體倉儲管理子系統(tǒng)、機器臂裝卸貨子系統(tǒng)、港口智能車輛出入ETC收費子系統(tǒng)幾大系統(tǒng)組成。以下是各個子系統(tǒng)的協作流程：
１、貨物經過RFID標簽綁定等初始化工作完成后，放置于港口碼頭區(qū)的集裝箱區(qū)。
２、當有運貨調度至倉庫指令在智能倉儲物流網關上下達之后，智能車輛進入港口，智能道閘識別車輛后會自動打開，并實時語音播報到達站目的地的信息。當智能車輛準確停放在裝卸貨指定地點時，可手動選擇要裝入車輛貨物的位置，然后系統(tǒng)通過集裝箱桁車裝卸貨系統(tǒng)自動進行裝卸貨過程。
３、當智能車倆離開港口，智能港口出口道閘自動打開，并顯示在此港口停留的所花的費用，在點陣上實時的顯示出價格。經過幾個指定的站點，車輛攜帶貨物到達倉庫入口，通過立體倉儲管理子系統(tǒng)應用RFID讀卡技術對貨物進行入庫操作、此系統(tǒng)能夠自動分配庫位，并驅動堆垛機完成貨物上架操作，完成倉儲入庫流程。
４、當有倉庫貨物運至港口指令在智能倉儲物流網關上下達之后，智能車輛駛入倉庫區(qū)停在出庫位置。立體倉儲管理驅動堆垛機將指定的貨物下架，并自動裝卸至智能能車輛上。完成倉儲出庫流程。
５、智能車輛離開倉庫，到達港口卸貨區(qū)，由機器臂裝卸貨子系統(tǒng)完成卸貨任務，并將貨物放入指定位置。
６、立體倉儲管理子系統(tǒng)中包含RFID自動盤點功能。
以上一個裝卸貨流程完畢后，智能車輛將進入執(zhí)行下一次裝卸貨任務。
二、系統(tǒng)構成
倉儲物流交通實訓系統(tǒng)覆蓋物聯網的傳感層、網絡鏈路層、網關、以及應用層。智能網關是整個系統(tǒng)的核心，是連接傳感層與應用層的橋梁。系統(tǒng)拓撲如圖所示。
三、系統(tǒng)功能
1、集裝箱桁車裝卸貨系統(tǒng)
智能桁車裝卸貨系統(tǒng)，是港口物流系統(tǒng)的重要組成部分，主要由多自由度全方位電機構成，采用單片機控制運動軌跡。當小車到達裝卸貨指定地點時，通過無線向倉儲物流貨網關管理平臺發(fā)出命令，倉儲物流貨網關管理平臺接收到后，通過無線通信向桁車控制器發(fā)送裝卸貨指令，桁車控制器接收到命令后，就按照指定的取貨位置，操作X/Y/Z軸電機運動，從而實現貨物的自動裝卸。貨物裝卸完成后，運輸車自動離開。
該桁車結構合理、剛性好，運行平穩(wěn)、噪聲小，全自動程控運行，能夠穩(wěn)定可靠地實現港口貨物的全方位抓取與放置。
2、智能車輛運輸系統(tǒng)
智能小車需要實現循跡、自動駕駛、無線通訊、避障、車輛運動控制、路況信息采集等功能。目前小車搭載的系統(tǒng)包括：電機控制系統(tǒng)，循跡系統(tǒng)，Zigbee通訊系統(tǒng)，WIFI無線通訊系統(tǒng)， RFID系統(tǒng)等。
3、倉儲環(huán)節(jié)—立體倉儲管理
智能車將物品運送到倉儲中心。倉儲中心采用2*6立體庫位，通過堆垛機進行存取。系統(tǒng)通過倉儲物流貨網關管理平臺獲取庫位信息，控制堆垛機將車輛上的物品運送到立體倉儲中，或將庫位的物品運送到運輸車輛上。堆垛機具有x、y、z三軸直線運動控制行程，能實現物品自動存放、自動取回以及自動搬運的功能。使用工業(yè)超高頻讀卡器實現物品的出入庫管理。
（1）立體倉儲管理 - 出入庫及上下架管理
入庫系統(tǒng)主要實現貨物入庫的智能化管理。首先為每個待入庫貨物粘貼超高頻電子標簽，給每個貨物一個標識。由立庫管理系統(tǒng)為該貨物分配一個庫位。
入庫區(qū)安裝有RFID數據信息采集器、堆垛機、立體倉庫貨架等設備。系統(tǒng)利用RFID設備的識別技術將入庫貨物接入倉儲物流貨網關運行的管理系統(tǒng)中。貨物運輸車輛運送貨物到達倉庫入庫口，由堆垛機機器臂搬運貨物至立體倉庫內完成上架和入庫工作。
出庫時，首先在智能倉儲物流網關上選擇出貨庫位，然后系統(tǒng)將控制模擬堆垛機移動到相應庫位的上方；然后系統(tǒng)控制庫位滑臺控制器，驅動絲杠旋轉，移出滑臺和庫位；然后控制模擬堆垛機沿豎直方向向下運行達到貨物處，抓取貨物。庫位退回到原處。最后堆垛機移出貨物，搬運到運貨車輛上，完成下架和出庫工作。
（2）立體倉儲管理 倉儲貨物動態(tài)盤點系統(tǒng)
智能顯示系統(tǒng)作為倉儲貨物統(tǒng)計的一個重要環(huán)節(jié)，通過RFID技術，將統(tǒng)計當前倉儲總貨物數量，當堆垛機控制器將貨物提放到小車上離開倉儲，立體倉儲管理將自動將貨物的數量減少一個。
4、機器臂裝卸貨子系統(tǒng)
對于從倉儲到港口的貨物，可采用機器臂控制系統(tǒng)裝卸貨。六自由度機械臂的臂部由大臂、小臂組成，一般具有兩個自由度，即伸縮、回轉、俯仰或升降，采用單片機控制運動軌跡。當小車到達裝卸貨指定地點時，通過無線向倉儲物流貨網關管理平臺發(fā)出命令，倉儲物流貨網關管理平臺接收到后，通過無線通信向機器臂控制器發(fā)送裝卸貨指令，控制器接收到命令后，就按照指定的取貨位置，操作機器臂經過回轉、伸縮、升降、俯仰等幾組動作組合，實現貨物的自動裝卸。貨物裝卸完成后，運輸車自動離開。
5、港口智能車輛出入ETC收費管理系統(tǒng)
出入港口道閘識別開啟系統(tǒng)（ 又稱智能車輛識別），利用車輛自動識別（Automatic Vehicle Identification簡稱AVI）技術、網絡技術完成車輛與監(jiān)控中心之間的無線數據通訊，實現智能開啟道閘系統(tǒng)。使用該系統(tǒng)，車主只要在車窗上安裝感應卡并錄入信息，通過出入口時便不用人工開啟道閘，也無須停車，將自動識別車主身份從而開啟道閘。
智能道閘系統(tǒng)實用化比較多的一個系統(tǒng)，由于其無人化操作的優(yōu)越性以及成本方面帶來的優(yōu)勢，在模擬智能交通過程中一定要加入這個模塊。同時當小車離開港口時，車輛離開信息將在LED點陣屏上顯示出來。
四、主要軟件系統(tǒng)
1、倉儲物流貨網關管理軟件
倉儲物流貨網關管理軟件通過網關與各個設備和子系統(tǒng)進行信息交互；以RFID設備作為倉儲物流核心技術，智能車倆作為各個環(huán)節(jié)的紐帶，應用絎車、機械臂、堆垛機模擬自動化裝卸，使用立體倉庫實現物品倉儲管理，結合有線網絡、ZigBee傳感器網絡、嵌入式技術、Android開發(fā)等關鍵技術，在整個環(huán)節(jié)中處于有效監(jiān)控中，實現各個子系統(tǒng)的信息讀取、傳輸與控制。同時管理數據庫信息的查詢與上傳，可及時顯示當前數據庫中的內容，上傳至云主機中去實時的跟新。
2、倉儲貨物出入庫系統(tǒng)
智能顯示系統(tǒng)作為港口貨物統(tǒng)計的一個重要環(huán)節(jié)，通過RFID技術，將統(tǒng)計當前倉儲總貨物數量，當控制器將港口貨物提放到小車上離開港口，信息機將自動將港口貨物的數量減少一個；
當貨物被運送至卸貨區(qū)域時，小車信息機顯示并提示貨物安全運送至目的地，如果貨物長時間未送至卸貨區(qū)域時，將顯示提示信息。
3、立體倉庫管理系統(tǒng)
立體倉庫管理軟件運行在整個系統(tǒng)的中央控制器上，軟件采用android系統(tǒng)開發(fā)，內嵌Sqlite數據庫，采用android庫編寫的人機交互界面，主要包括貨物自動識別、出入庫管理、倉庫貨物自動盤點等。
四、技術參數
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1.智能網關 使用 Cortex-A9四核處理器，主頻最大1.6GHz，內存不低于1GB，Flash不低于8GB； 顯示屏：7寸IPS電容屏（16:9），分辨率1024×600； 板載1路CAN總線、1路485總線等現場總線接口； 板載1組24P排線接口，含用于I/O、I2C、SPI、A/D、PWM、UART，用于外部功能擴展。 要求板載WiFi/BT二合一通訊模塊； 內置Linux系統(tǒng)與Android系統(tǒng)，支持雙系統(tǒng)一鍵切換。 ★具備安全算法研究功能：支持傳感網輕量級算法LBlock、KASUMI算法、AES算法、ZUC算法、snow 3G等至少五種以上的安全算法，能夠進行算法安全測評，對安全算法的計算量、復雜度等進行統(tǒng)計，顯示統(tǒng)計圖，顯示ZigBee節(jié)點入網認證流程圖和幀類型統(tǒng)計圖。 2.桁車裝卸機器 采用鋁合金材料設計制作，用于模擬港口集裝箱的桁車搬運系統(tǒng)。 可垂直抓取車輛運輸的集裝箱貨物，搬運到指定位置； 具有x、y、z三個自由度的移動行程； 工作電壓：單相三線 交流電220V 50hz； 直流電機供電電源：12V或24V； 工作溫度：-20℃~+40℃ 濕度環(huán)境：<95%RH； 絕緣電阻：100MΩ； 絕緣等級：B； 3.桁車裝卸控制器 由智能通信節(jié)點、桁車繼電器控制板組成。 智能通信節(jié)點主要用來接收港口物流網關發(fā)送來的控制命令，并驅動桁車繼電器控制板；接收到節(jié)點發(fā)送的控制命令后，通過光電隔離輸出驅動繼電器吸合，進而控制桁車起重機上的直流電機運轉，實現使桁車按預設的行程移動。 4.六自由度機器臂 由機械臂、末端氣泵吸盤裝置組成。機械臂采用全鋁合金機械臂本體、MS36行星減速步進電機、500線AB相光電編碼器、鋁合金聯軸器、軸承、關節(jié)軸、銅柱等部件連接而成；末端氣泵吸盤由真空氣泵、真空活動連桿帶吸盤、閥門、硅膠氣管組成。 活動關節(jié)均采用優(yōu)質軸承連接，末端采用特定方式吸附物品。 由嵌入式微控制器通過編程實現運動控制。 負載能力：500g 流體：氣體； 氣泵電機：采用碳刷換向器，額定電壓DC4.5V，空載電流0.35A，適合電壓DC3-5V，壓力范圍400-650mmhg；通過微控制器I/O控制電機工作； 三通電磁閥：通過微控制器I/O控制電磁閥的通道，從而接通充氣回路，吸盤吸附或釋放氣體，吸盤松開； 5.六自由度機器臂控制器 采用Cortex-M4以上內核微控制器，板載4路LV8731V驅動模塊驅動機械臂步進電機、板載電源轉接板、OLED顯示屏等外設，電機帶編碼器，形成位置閉環(huán)控制，重復精度大大提高。支持串口、RS485總線控制，可以通過其他的單片機或者電腦發(fā)送控制指令。支持按鍵控制，可以通過按鍵去控制X Y Z的坐標。 電源適配器供電。 協議：ModbusRTU協議 額定電壓：DC12V 額定電流：5A 6.RFID超高頻讀卡器 功能：用于讀取產品攜帶的電子標簽，識別相關信息。 工作頻率：國標（920~925MHz）、美標(902~928MHz)或定制其它頻段跳頻或定頻工作； 識別標簽：ISO18000-6B標簽、EPC GEN2(ISO18000-6C)標簽； 讀卡距離：識別距離調整范圍：0.1米； 讀卡靈敏度：雙極化方式讀卡； 讀卡時間：單標簽64位ID號讀取時間<6mS； 數據接口：Mini USB； 工作電壓：USB接口取電，DC5V； 工作溫度：－20℃ ～ +80℃； 存儲溫度：－40℃ ～ +85℃； 7.RFID防干擾標簽 規(guī)格參數：頻率：860-960MHz, 芯片：PEC GEN2，Alien Higgs 標準：符合ISO18000-6C、EPC-Gen2 內存：96 Bits 或擴展到 512 Bits 尺寸：（定制） 距離：1-3-5-8-10－20－30米(示讀卡器性能和具體應用環(huán)境決定讀寫距離) 防沖突：每秒可讀30－60張卡數量 8.超高頻天線 915M多通道讀寫天線 9.智能倉庫模型 采用20mm*20mm鋁合金型材框架設計，可拆卸，可根據需求自由組合； 車庫數量：四行六列，共24個存儲庫位； 高層貨架存儲，節(jié)省庫存占地面積，提高空間利用率； 通過托盤方式存儲貨物，一個托盤可存儲兩個原料或成品； 每個庫位尺寸：寬*高=91mm*67mm。 10.堆垛機 采用三軸懸臂式滑臺模組，滾珠絲杠直線滑臺模組密封防塵； 具有x、y、z三個運動行程，搬運尺寸：1000mm、400mm、300mm。 采用閉環(huán)57規(guī)格步進電機驅動2.2牛米高速混合伺服； 采用三個金屬探測器進行原點探測； 采用貨叉式存取貨物； 單元貨物重量：1g-1000g； 提升速度：5m/min 出叉速度：3.6m/min 定位精度：±5mm 供電電壓：DC 24V 11.堆垛機控制器 CPU：Cortex-M3 內核處理器； 具有2相4線步進電機驅動接口； 可調試步進電機驅動器控制（寬電壓，脈沖速度可調）； 具有通用修阻機參數處理系統(tǒng)相關軟件著作權證書復印件并加蓋原廠公章。 可擴展四路控制； 采用金屬探測傳感器實現庫位檢測； 通訊方式：采用ZigBee無線通訊； 供電電壓：DC12V 12.物流集裝箱 定制 13.貨輪模型 定制 14.智能道閘 主要接收網關控制命令，控制道閘開關。 主要包括5線減速步進電機、單片機、ZigBee通信模塊等，封裝在道閘模具內。 15.收費顯示屏 通過接收網關發(fā)來的收費信息，顯示在收費點陣顯示屏上。 設備信息：75 單色室內高亮LED； 紅色4字LED點陣； 通信方式：ZigBee 16.道閘控制器 控制器：STC11F04E單片機， 控制設備：5線減速永磁步進電機； 通信方式：ZigBee； 驅動方式：四相八拍，采用ULN2003驅動； 齒輪減速比：1/64，齒輪減速，噪音低，運轉平穩(wěn)；供電：DC 5V； 17.智能物流車 1）智能磁導航車（2個） 由磁導航傳感器、高頻RFID讀卡器、核心控制板、直流減速電機、無線通信模塊、鋰電池供電板、避障探頭等組成。 磁導航傳感器： 車頭前方底部安裝3個磁導航探頭，與鋪設的磁條形成磁場，處理器根據磁導航輸出的信號控制電機驅動器差速糾偏，確保小車沿磁條前進。 高頻RFID讀卡器： 控制器自帶高頻讀卡模塊和天線電路，自動識別道路上的NFC標簽，實現智能小車在道路中的定位功能； 核心控制板： 采用單片機作為智能車控制器，實時處理磁導航傳感器檢測的磁場信息，驅動直流減速電機按照磁導引完成前進、后退、左轉、右轉、高速、低速行駛等自動循跡功能；同時驅動RFID讀卡器處于掃描狀態(tài)，與鋪設在重要地點NFC標簽形成磁場，獲取標簽所綁定的位置信息，通過無線模塊發(fā)送給智能網關，實現車輛精準定位； 無線通信模塊： 控制器通過串口與無線模塊通信，它將車輛信息通過無線模塊發(fā)送給智能網關，同時也接收智能網關發(fā)來的命令，控制車輛運行狀態(tài)。 小車供電： 小車采用鋰電池供電，具有電源管理電路和充電電路，小車行駛一段時間后，可對其進行充電，保證小車正常行駛； 障礙物監(jiān)測：前方有障礙物，停止行駛，障礙物移除，繼續(xù)行駛。 供電：DC12V3A 18.小車循跡標簽 安裝在實訓系統(tǒng)路面下方，用于車輛定位、定點停車。 19.倉儲物流模型系統(tǒng) 設計尺寸不小于3*2m（長×寬），模型臺面鋪設有設計倉儲物流交通規(guī)劃圖，包括集裝箱倉儲、桁車運輸、機器臂裝卸、車輛運輸等環(huán)節(jié)，含有景觀面板、城市道路、十字路口、交通燈、路燈、防護林、ETC收費等模擬景觀，與智能網關、交通狀況感知節(jié)點、控制設備、攝像頭、智能車一起，構成完整的智能倉儲物流實訓系統(tǒng)。 20.倉儲物流網關應用軟件 ▲網關采用Android操作系統(tǒng)，運行倉儲物流網關應用軟件，具有智能倉儲設備管理系統(tǒng)相關軟件著作權證書復印件并加蓋原廠公章。 主要包括設備管理、車道尋跡、采集控制、關聯設置、系統(tǒng)設置等功能項目。采用模塊化設計，靈活添加、配置、關聯的方式接入網關。 可添加智能車無線節(jié)點、環(huán)境監(jiān)測節(jié)點、機器臂控制器節(jié)點、道閘節(jié)點、庫位控制器節(jié)點； 支持機器臂坐標調節(jié)功能，可任意調節(jié)起始點和終點的坐標，實現物品的自動搬運； 支持物品堆垛管理功能，可設置庫位的坐標和編號，控制堆垛機到指定庫位自動存放； ▲支持物流小車自動尋跡功能，可顯示小車運行軌跡，物流運輸信息，具有實時接收車輛位置信息、貨物的自動裝卸、道閘自動開關、貨物自動上下架、自動收費等功能，具有智能交通綜合管理調度平臺相關軟件著作權證書復印件并加蓋原廠公章。 內置MQTT協議、HTTP協議，可將沙盤設備信息同步更新到平臺。 開發(fā)環(huán)境要求： Windows 7以上 Android Studio 21.倉儲物流管理云平臺軟件 ▲通過瀏覽器訪問倉儲物流web端管理平臺，查看倉儲物流系統(tǒng)的運行情況，具有智能倉儲綜合管理平臺相關軟件著作權證書復印件并加蓋原廠公章。 具有用戶登錄、系統(tǒng)設置、倉儲盤點、物流信息等功能菜單，可點擊查看下一級菜單詳情； 主頁面顯示：車輛運行位置動態(tài)顯示、庫位信息動態(tài)更新、機械臂運行狀態(tài)顯示、ETC收費信息顯示等。 系統(tǒng)設置：可設置庫位起始點坐標，庫位間隔、庫位數量等，可查看服務器IP地址和端口號等信息。 具有立體庫位倉儲盤點功能，動態(tài)更新倉儲物品數量。 ★具有物流小車動態(tài)跟蹤功能，可查看小車定點位置，與實際小車保持一致。具有雷達定位信息重放與重點區(qū)域放大功能，能導入已加密的雷達定位數據，利用算法進行分析處理；可在上位機虛擬仿真界面上顯示移動目標，實現目標位置的重放；并通過設置開始量程、角度參數、放大倍數對移動目標重點區(qū)域進行放大顯示，具有雷達仿真系統(tǒng)應用軟件著作權證書復印件并加蓋原廠公章。 采用MQTT協議、HTTP協議，與實訓系統(tǒng)信息保持同步。 開發(fā)環(huán)境：IDEAIU2018； 22.教學資源 1.基礎單元應用實驗 1.1 智能車輛運輸系統(tǒng) 智能小車讀取RFID實驗 智能小車自動尋跡實驗 智能小車避障信息采集實驗 1.2 物品裝卸貨系統(tǒng) 智能桁車定位控制實驗 智能堆垛定位控制實驗 1.3物品動態(tài)感知顯示系統(tǒng) RFID集裝箱盤點實驗 1.4 ETC收費管理系統(tǒng) 道閘控制實驗 LED點陣屏顯示實驗 1.7 智能路燈管理系統(tǒng) 智能路燈控制實驗 2.綜合實訓 提供基于Android系統(tǒng)的應用開發(fā)實訓，主要含硬件原理、傳輸協議分析、軟件開發(fā)、及功能測試。 3.1 機械手無線控制實訓開發(fā) 3.2 車輛定位跟蹤實訓開發(fā) 3.3 貨物自動搬運實訓開發(fā) |
