TYK-WL02型 仓储物流物联网实训系统
一、系统简介
TYK-WL02型 仓储物流物联网实训系统以仓储管理和物流运输为背景，以货物出入港口以及仓储的流程为核心，以港口及仓储货物的智能化装卸与交通运输为研究内容，构建的一套类似真实的现代化港口仓储物流实训系统，主要模拟周转于仓库与港口码头之间的货物装卸、运输、盘点的流程。
图片供参考，以实物为准
TYK-WL02型 仓储物流物联网实训系统由智能仓储物流网关、集装箱绗车装卸货子系统，智能车辆运输子系统、立体仓储管理子系统、机器臂装卸货子系统、港口智能车辆出入ETC收费子系统几大系统组成。以下是各个子系统的协作流程：
１、货物经过RFID标签绑定等初始化工作完成后，放置于港口码头区的集装箱区。
２、当有运货调度至仓库指令在智能仓储物流网关上下达之后，智能车辆进入港口，智能道闸识别车辆后会自动打开，并实时语音播报到达站目的地的信息。当智能车辆准确停放在装卸货指定地点时，可手动选择要装入车辆货物的位置，然后系统通过集装箱桁车装卸货系统自动进行装卸货过程。
３、当智能车俩离开港口，智能港口出口道闸自动打开，并显示在此港口停留的所花的费用，在点阵上实时的显示出价格。经过几个指定的站点，车辆携带货物到达仓库入口，通过立体仓储管理子系统应用RFID读卡技术对货物进行入库操作、此系统能够自动分配库位，并驱动堆垛机完成货物上架操作，完成仓储入库流程。
４、当有仓库货物运至港口指令在智能仓储物流网关上下达之后，智能车辆驶入仓库区停在出库位置。立体仓储管理驱动堆垛机将指定的货物下架，并自动装卸至智能能车辆上。完成仓储出库流程。
５、智能车辆离开仓库，到达港口卸货区，由机器臂装卸货子系统完成卸货任务，并将货物放入指定位置。
６、立体仓储管理子系统中包含RFID自动盘点功能。
以上一个装卸货流程完毕后，智能车辆将进入执行下一次装卸货任务。
二、系统构成
仓储物流交通实训系统覆盖物联网的传感层、网络链路层、网关、以及应用层。智能网关是整个系统的核心，是连接传感层与应用层的桥梁。系统拓扑如图所示。
三、系统功能
1、集装箱桁车装卸货系统
智能桁车装卸货系统，是港口物流系统的重要组成部分，主要由多自由度全方位电机构成，采用单片机控制运动轨迹。当小车到达装卸货指定地点时，通过无线向仓储物流货网关管理平台发出命令，仓储物流货网关管理平台接收到后，通过无线通信向桁车控制器发送装卸货指令，桁车控制器接收到命令后，就按照指定的取货位置，操作X/Y/Z轴电机运动，从而实现货物的自动装卸。货物装卸完成后，运输车自动离开。
该桁车结构合理、刚性好，运行平稳、噪声小，全自动程控运行，能够稳定可靠地实现港口货物的全方位抓取与放置。
2、智能车辆运输系统
智能小车需要实现循迹、自动驾驶、无线通讯、避障、车辆运动控制、路况信息采集等功能。目前小车搭载的系统包括：电机控制系统，循迹系统，Zigbee通讯系统，WIFI无线通讯系统， RFID系统等。
3、仓储环节—立体仓储管理
智能车将物品运送到仓储中心。仓储中心采用2*6立体库位，通过堆垛机进行存取。系统通过仓储物流货网关管理平台获取库位信息，控制堆垛机将车辆上的物品运送到立体仓储中，或将库位的物品运送到运输车辆上。堆垛机具有x、y、z三轴直线运动控制行程，能实现物品自动存放、自动取回以及自动搬运的功能。使用工业超高频读卡器实现物品的出入库管理。
（1）立体仓储管理 - 出入库及上下架管理
入库系统主要实现货物入库的智能化管理。首先为每个待入库货物粘贴超高频电子标签，给每个货物一个标识。由立库管理系统为该货物分配一个库位。
入库区安装有RFID数据信息采集器、堆垛机、立体仓库货架等设备。系统利用RFID设备的识别技术将入库货物接入仓储物流货网关运行的管理系统中。货物运输车辆运送货物到达仓库入库口，由堆垛机机器臂搬运货物至立体仓库内完成上架和入库工作。
出库时，首先在智能仓储物流网关上选择出货库位，然后系统将控制模拟堆垛机移动到相应库位的上方；然后系统控制库位滑台控制器，驱动丝杠旋转，移出滑台和库位；然后控制模拟堆垛机沿竖直方向向下运行达到货物处，抓取货物。库位退回到原处。最后堆垛机移出货物，搬运到运货车辆上，完成下架和出库工作。
（2）立体仓储管理 仓储货物动态盘点系统
智能显示系统作为仓储货物统计的一个重要环节，通过RFID技术，将统计当前仓储总货物数量，当堆垛机控制器将货物提放到小车上离开仓储，立体仓储管理将自动将货物的数量减少一个。
4、机器臂装卸货子系统
对于从仓储到港口的货物，可采用机器臂控制系统装卸货。六自由度机械臂的臂部由大臂、小臂组成，一般具有两个自由度，即伸缩、回转、俯仰或升降，采用单片机控制运动轨迹。当小车到达装卸货指定地点时，通过无线向仓储物流货网关管理平台发出命令，仓储物流货网关管理平台接收到后，通过无线通信向机器臂控制器发送装卸货指令，控制器接收到命令后，就按照指定的取货位置，操作机器臂经过回转、伸缩、升降、俯仰等几组动作组合，实现货物的自动装卸。货物装卸完成后，运输车自动离开。
5、港口智能车辆出入ETC收费管理系统
出入港口道闸识别开启系统（ 又称智能车辆识别），利用车辆自动识别（Automatic Vehicle Identification简称AVI）技术、网络技术完成车辆与监控中心之间的无线数据通讯，实现智能开启道闸系统。使用该系统，车主只要在车窗上安装感应卡并录入信息，通过出入口时便不用人工开启道闸，也无须停车，将自动识别车主身份从而开启道闸。
智能道闸系统实用化比较多的一个系统，由于其无人化操作的优越性以及成本方面带来的优势，在模拟智能交通过程中一定要加入这个模块。同时当小车离开港口时，车辆离开信息将在LED点阵屏上显示出来。
四、主要软件系统
1、仓储物流货网关管理软件
仓储物流货网关管理软件通过网关与各个设备和子系统进行信息交互；以RFID设备作为仓储物流核心技术，智能车俩作为各个环节的纽带，应用绗车、机械臂、堆垛机模拟自动化装卸，使用立体仓库实现物品仓储管理，结合有线网络、ZigBee传感器网络、嵌入式技术、Android开发等关键技术，在整个环节中处于有效监控中，实现各个子系统的信息读取、传输与控制。同时管理数据库信息的查询与上传，可及时显示当前数据库中的内容，上传至云主机中去实时的跟新。
2、仓储货物出入库系统
智能显示系统作为港口货物统计的一个重要环节，通过RFID技术，将统计当前仓储总货物数量，当控制器将港口货物提放到小车上离开港口，信息机将自动将港口货物的数量减少一个；
当货物被运送至卸货区域时，小车信息机显示并提示货物安全运送至目的地，如果货物长时间未送至卸货区域时，将显示提示信息。
3、立体仓库管理系统
立体仓库管理软件运行在整个系统的中央控制器上，软件采用android系统开发，内嵌Sqlite数据库，采用android库编写的人机交互界面，主要包括货物自动识别、出入库管理、仓库货物自动盘点等。
四、技术参数
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1.智能网关 使用 Cortex-A9四核处理器，主频最大1.6GHz，内存不低于1GB，Flash不低于8GB； 显示屏：7寸IPS电容屏（16:9），分辨率1024×600； 板载1路CAN总线、1路485总线等现场总线接口； 板载1组24P排线接口，含用于I/O、I2C、SPI、A/D、PWM、UART，用于外部功能扩展。 要求板载WiFi/BT二合一通讯模块； 内置Linux系统与Android系统，支持双系统一键切换。 ★具备安全算法研究功能：支持传感网轻量级算法LBlock、KASUMI算法、AES算法、ZUC算法、snow 3G等至少五种以上的安全算法，能够进行算法安全测评，对安全算法的计算量、复杂度等进行统计，显示统计图，显示ZigBee节点入网认证流程图和帧类型统计图。 2.桁车装卸机器 采用铝合金材料设计制作，用于模拟港口集装箱的桁车搬运系统。 可垂直抓取车辆运输的集装箱货物，搬运到指定位置； 具有x、y、z三个自由度的移动行程； 工作电压：单相三线 交流电220V 50hz； 直流电机供电电源：12V或24V； 工作温度：-20℃~+40℃ 湿度环境：<95%RH； 绝缘电阻：100MΩ； 绝缘等级：B； 3.桁车装卸控制器 由智能通信节点、桁车继电器控制板组成。 智能通信节点主要用来接收港口物流网关发送来的控制命令，并驱动桁车继电器控制板；接收到节点发送的控制命令后，通过光电隔离输出驱动继电器吸合，进而控制桁车起重机上的直流电机运转，实现使桁车按预设的行程移动。 4.六自由度机器臂 由机械臂、末端气泵吸盘装置组成。机械臂采用全铝合金机械臂本体、MS36行星减速步进电机、500线AB相光电编码器、铝合金联轴器、轴承、关节轴、铜柱等部件连接而成；末端气泵吸盘由真空气泵、真空活动连杆带吸盘、阀门、硅胶气管组成。 活动关节均采用优质轴承连接，末端采用特定方式吸附物品。 由嵌入式微控制器通过编程实现运动控制。 负载能力：500g 流体：气体； 气泵电机：采用碳刷换向器，额定电压DC4.5V，空载电流0.35A，适合电压DC3-5V，压力范围400-650mmhg；通过微控制器I/O控制电机工作； 三通电磁阀：通过微控制器I/O控制电磁阀的通道，从而接通充气回路，吸盘吸附或释放气体，吸盘松开； 5.六自由度机器臂控制器 采用Cortex-M4以上内核微控制器，板载4路LV8731V驱动模块驱动机械臂步进电机、板载电源转接板、OLED显示屏等外设，电机带编码器，形成位置闭环控制，重复精度大大提高。支持串口、RS485总线控制，可以通过其他的单片机或者电脑发送控制指令。支持按键控制，可以通过按键去控制X Y Z的坐标。 电源适配器供电。 协议：ModbusRTU协议 额定电压：DC12V 额定电流：5A 6.RFID超高频读卡器 功能：用于读取产品携带的电子标签，识别相关信息。 工作频率：国标（920~925MHz）、美标(902~928MHz)或定制其它频段跳频或定频工作； 识别标签：ISO18000-6B标签、EPC GEN2(ISO18000-6C)标签； 读卡距离：识别距离调整范围：0.1米； 读卡灵敏度：双极化方式读卡； 读卡时间：单标签64位ID号读取时间<6mS； 数据接口：Mini USB； 工作电压：USB接口取电，DC5V； 工作温度：－20℃ ～ +80℃； 存储温度：－40℃ ～ +85℃； 7.RFID防干扰标签 规格参数：频率：860-960MHz, 芯片：PEC GEN2，Alien Higgs 标准：符合ISO18000-6C、EPC-Gen2 内存：96 Bits 或扩展到 512 Bits 尺寸：（定制） 距离：1-3-5-8-10－20－30米(示读卡器性能和具体应用环境决定读写距离) 防冲突：每秒可读30－60张卡数量 8.超高频天线 915M多通道读写天线 9.智能仓库模型 采用20mm*20mm铝合金型材框架设计，可拆卸，可根据需求自由组合； 车库数量：四行六列，共24个存储库位； 高层货架存储，节省库存占地面积，提高空间利用率； 通过托盘方式存储货物，一个托盘可存储两个原料或成品； 每个库位尺寸：宽*高=91mm*67mm。 10.堆垛机 采用三轴悬臂式滑台模组，滚珠丝杠直线滑台模组密封防尘； 具有x、y、z三个运动行程，搬运尺寸：1000mm、400mm、300mm。 采用闭环57规格步进电机驱动2.2牛米高速混合伺服； 采用三个金属探测器进行原点探测； 采用货叉式存取货物； 单元货物重量：1g-1000g； 提升速度：5m/min 出叉速度：3.6m/min 定位精度：±5mm 供电电压：DC 24V 11.堆垛机控制器 CPU：Cortex-M3 内核处理器； 具有2相4线步进电机驱动接口； 可调试步进电机驱动器控制（宽电压，脉冲速度可调）； 具有通用修阻机参数处理系统相关软件著作权证书复印件并加盖原厂公章。 可扩展四路控制； 采用金属探测传感器实现库位检测； 通讯方式：采用ZigBee无线通讯； 供电电压：DC12V 12.物流集装箱 定制 13.货轮模型 定制 14.智能道闸 主要接收网关控制命令，控制道闸开关。 主要包括5线减速步进电机、单片机、ZigBee通信模块等，封装在道闸模具内。 15.收费显示屏 通过接收网关发来的收费信息，显示在收费点阵显示屏上。 设备信息：75 单色室内高亮LED； 红色4字LED点阵； 通信方式：ZigBee 16.道闸控制器 控制器：STC11F04E单片机， 控制设备：5线减速永磁步进电机； 通信方式：ZigBee； 驱动方式：四相八拍，采用ULN2003驱动； 齿轮减速比：1/64，齿轮减速，噪音低，运转平稳；供电：DC 5V； 17.智能物流车 1）智能磁导航车（2个） 由磁导航传感器、高频RFID读卡器、核心控制板、直流减速电机、无线通信模块、锂电池供电板、避障探头等组成。 磁导航传感器： 车头前方底部安装3个磁导航探头，与铺设的磁条形成磁场，处理器根据磁导航输出的信号控制电机驱动器差速纠偏，确保小车沿磁条前进。 高频RFID读卡器： 控制器自带高频读卡模块和天线电路，自动识别道路上的NFC标签，实现智能小车在道路中的定位功能； 核心控制板： 采用单片机作为智能车控制器，实时处理磁导航传感器检测的磁场信息，驱动直流减速电机按照磁导引完成前进、后退、左转、右转、高速、低速行驶等自动循迹功能；同时驱动RFID读卡器处于扫描状态，与铺设在重要地点NFC标签形成磁场，获取标签所绑定的位置信息，通过无线模块发送给智能网关，实现车辆精准定位； 无线通信模块： 控制器通过串口与无线模块通信，它将车辆信息通过无线模块发送给智能网关，同时也接收智能网关发来的命令，控制车辆运行状态。 小车供电： 小车采用锂电池供电，具有电源管理电路和充电电路，小车行驶一段时间后，可对其进行充电，保证小车正常行驶； 障碍物监测：前方有障碍物，停止行驶，障碍物移除，继续行驶。 供电：DC12V3A 18.小车循迹标签 安装在实训系统路面下方，用于车辆定位、定点停车。 19.仓储物流模型系统 设计尺寸不小于3*2m（长×宽），模型台面铺设有设计仓储物流交通规划图，包括集装箱仓储、桁车运输、机器臂装卸、车辆运输等环节，含有景观面板、城市道路、十字路口、交通灯、路灯、防护林、ETC收费等模拟景观，与智能网关、交通状况感知节点、控制设备、摄像头、智能车一起，构成完整的智能仓储物流实训系统。 20.仓储物流网关应用软件 ▲网关采用Android操作系统，运行仓储物流网关应用软件，具有智能仓储设备管理系统相关软件著作权证书复印件并加盖原厂公章。 主要包括设备管理、车道寻迹、采集控制、关联设置、系统设置等功能项目。采用模块化设计，灵活添加、配置、关联的方式接入网关。 可添加智能车无线节点、环境监测节点、机器臂控制器节点、道闸节点、库位控制器节点； 支持机器臂坐标调节功能，可任意调节起始点和终点的坐标，实现物品的自动搬运； 支持物品堆垛管理功能，可设置库位的坐标和编号，控制堆垛机到指定库位自动存放； ▲支持物流小车自动寻迹功能，可显示小车运行轨迹，物流运输信息，具有实时接收车辆位置信息、货物的自动装卸、道闸自动开关、货物自动上下架、自动收费等功能，具有智能交通综合管理调度平台相关软件著作权证书复印件并加盖原厂公章。 内置MQTT协议、HTTP协议，可将沙盘设备信息同步更新到平台。 开发环境要求： Windows 7以上 Android Studio 21.仓储物流管理云平台软件 ▲通过浏览器访问仓储物流web端管理平台，查看仓储物流系统的运行情况，具有智能仓储综合管理平台相关软件著作权证书复印件并加盖原厂公章。 具有用户登录、系统设置、仓储盘点、物流信息等功能菜单，可点击查看下一级菜单详情； 主页面显示：车辆运行位置动态显示、库位信息动态更新、机械臂运行状态显示、ETC收费信息显示等。 系统设置：可设置库位起始点坐标，库位间隔、库位数量等，可查看服务器IP地址和端口号等信息。 具有立体库位仓储盘点功能，动态更新仓储物品数量。 ★具有物流小车动态跟踪功能，可查看小车定点位置，与实际小车保持一致。具有雷达定位信息重放与重点区域放大功能，能导入已加密的雷达定位数据，利用算法进行分析处理；可在上位机虚拟仿真界面上显示移动目标，实现目标位置的重放；并通过设置开始量程、角度参数、放大倍数对移动目标重点区域进行放大显示，具有雷达仿真系统应用软件著作权证书复印件并加盖原厂公章。 采用MQTT协议、HTTP协议，与实训系统信息保持同步。 开发环境：IDEAIU2018； 22.教学资源 1.基础单元应用实验 1.1 智能车辆运输系统 智能小车读取RFID实验 智能小车自动寻迹实验 智能小车避障信息采集实验 1.2 物品装卸货系统 智能桁车定位控制实验 智能堆垛定位控制实验 1.3物品动态感知显示系统 RFID集装箱盘点实验 1.4 ETC收费管理系统 道闸控制实验 LED点阵屏显示实验 1.7 智能路灯管理系统 智能路灯控制实验 2.综合实训 提供基于Android系统的应用开发实训，主要含硬件原理、传输协议分析、软件开发、及功能测试。 3.1 机械手无线控制实训开发 3.2 车辆定位跟踪实训开发 3.3 货物自动搬运实训开发 |
