智能仓储服务助手的设计

来源：本站 | 发布日期：2023-03-11

目前，智能仓储管理技术正在国家的大力倡导下被如火如荼地进行研究，各行各业希望应用此技术[1,2,3,4,5]。对于仓库管理系统来讲，仓库货物的安全存储和及时查找很重要，科学管理具有重要的经济价值，可大大提高效率[6,7]。

结合所在电子信息工程学院的实验室管理工作实际，日出物料进出管理比较频繁。实验管理员经常需要对实验室各类不同型号的仪器设备、元器件进行管理，记录它们存放的楼层、地点、数量、型号等；任课老师经常要领取实训所用的物料耗材；学生在实训或者课余自主创新实践中，不定时需要一些物料元器件，这时必须要找到实验管理员，而如果在周末，实验管理员不在，则学生无法领取所需的材料。

为此，提出智能仓储服务平台研究课题，旨在提出仓储管理服务的一种新手段，并设计智能化、人性化的仓储管理系统。利用实时通信、电子技术，实现仓库库存数据自动更新，各类物料的位置自动定位，元件参数快速查询、人员自助检索与领用，从而提高仓库物料管理的效率，减少人力物力，节约成本，提升服务水平。

智能仓库管理技术实现货物的进销存、物料的自动化检索及出库，具有划时代的意义，是管理手段上的一次飞跃。

1 系统结构及原理

智能仓储服务助手主要由计算机、数据采集卡和仓储柜被控单元3个部分组成。其中计算机人机交互界面设计内容有用户的登录、元件资料查询、物件位置检索、出入库库存管理、仓储环境温湿度显示、视频监控显示等功能。数据采集卡对计算机输出的元件位置控制信号进行采集，采集到结果送给多级译码器，译码输出驱动控制仓储柜上的指示灯进行直观显示或自动打开，从而方便领用者快速找到元件。系统的主要组成框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2 系统硬件设计

2.1 控制器单元

采用NI公司的数据采集卡my DAQ，该采集卡具有8个数字I/O口。将该采集卡通过USB接口与计算机相连，采集上位机输出的控制信号，并将位置控制信号输出[8,9,10,11]。

2.2 多路译码器

通过计算机检索到元件后，通过NI的my DAQ数据采集卡，输出位置信号。这个信号要去控制外界的仓储柜打开或者点亮仓储柜的指示灯。以驱动控制8行8列的矩阵柜的指示灯为例，由于64个仓储柜的指示灯需要独立控制，如果每个灯用NI my DAQ一个数字I/O口控制，就需要64个数字I/O口，采集卡的端口资源不够，因此采用9片3线-8线译码器74LS138进行级联扩展，实现6线-64线译码功能。位置的行和列各用三位数字信号表示，作为译码器的输入，译码器扩展后输出64位信号，从而满足矩阵柜指示灯的独立控制要求。译码器扩展连接示意图如图2所示。

图2 9片74LS138扩展电路示意图

3 系统软件设计

3.1 软件设计思路和编程方法

分析学生、教师和管理员等使用者对智能仓储系统的要求，进行软件功能设计。软件包含系统登录、元器件位置检索、元器件技术资料查询、库存更改、实验仪器仓储位置查询、现场环境监控等主要模块，其功能组成框图如图3所示。

图3 软件功能模块组成

系统采用Lab VIEW软件制作。Lab VIEW是NI公司推出的一款高效率的图形化虚拟仪器开发平台，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，摒弃了传统开发工具的复杂性，在提供强大功能的同时还保证了系统灵活性，被视为是一款标准的数据采集和仪器控制软件，在企业界得到广泛的应用[12,13,14]。

3.2 软件实现流程图

软件实现流程如图4所示。

1）登录模块设计界面采用用户名账号登录方式，程序中选用一个事件结构，用户名及密码作为输入，其内嵌套一个条件结构，进行用户选择。调用“匹配真/假字符串”函数，如密码匹配正确，执行指定路径的文件。为进一步提高安全性，系统还提供人脸识别登录方式，基于Seeta Face开源人脸识别引擎进行设计[15,16]。

图4 系统流程图

2）元件检索创建的“元器件清单”本地数据列表文件包含的数据信息包括元器件名称、芯片资料文件名、列位置、行位置、关键字、库存量、编号。在Labview软件中打开该文件进行信息搜索，将表格信息输出到一个二维数组里。

设计前面板时，放置一个二维字符串显示数组用来显示检索信息，放置一个二维布尔指示灯数组作为仓储位置指示灯。调用“匹配模式”函数，对元器件清单中的元件名称与检索的元件名称逐行进行匹配，将找到的元器件通过“索引数组”函数，将对应的名称、位置、库存量、数据手册名称、元件位置编号在前面板二维字符串显示数组中显示出来。调用替换数组子集函数，根据所找到元件的行列索引信息，在元件仓储盒子对应的二维布尔灯数组中，进行布尔真值替换，从而将所检索的元件位置指示灯点亮，给搜寻者以指示，更方便搜寻。

如果搜索到多个信息匹配，则将元件名称信息、位置信息、库存量信息、数据手册、元件编号这5个信息，分别通过创建数组将多个数据添加到数组里。然后再调用创建数组函数，将这5列信息创建成一个二维数组，经过转置后，在前面板二维字符串显示数组中显示出来。元件检索流程如图5所示。

3）查看元件实物图片为了提供方便，实现了元器件实物图片显示功能。在前面板元器件检索出来后，点击某一元件后面对应的“搜索图片”按钮，程序根据所按按钮对应的行索引查询到该元件的名称，从而读取以该元器件名来命名的实物图片文件，调用Lab VIEW中绘制平滑像素图函数，将元器件的实物图显示在软件前面板上。

图5 元件检索

4）库存修改前面板创建一个一维的布尔型数据类型输入数组，作为更改库存的按钮。创建一个一维数值输入数组，作为库存数字更改输入。获取更改库存按钮按下的位置，作为行索引，去更改对应位置的元件的库存量，同时修改本地数据报表中对应的库存数据。

5）仪器检索前面板创建一个枚举控件，进行不同仪器的选择。仪器仓储位置用指示灯表示，放在一个簇内。程序中主要采用分支结构，根据所选仪器不同，执行不同的分支，点亮其对应的存储位置指示灯。

6）仓储环境温湿度显示绝大部分元器件与电子产品要求在干燥条件下作业和存放。对于电子工业，潮湿的危害已经成为影响产品质量的主要因素之一。因此有必要监测元器件存放环境的温湿度，从而根据监测情况，及时采取措施保障元器件存储的温湿度要求。

温湿度采集模块采用Arduino单片机，将其采集到的温湿度通过串口传送到计算机，经过Lab VIEW分析处理并在系统界面上显示[17]。

7）视频监控调用Lab VIEW机器视觉模块函数，打开摄像头，获取现场图像视频，将图像数据保存至AVI文件供需要时调用。

4 实际效果实例

4.1 软件操作界面

打开软件界面（图6），输入用户名和密码，点击“登录”进入元器件与仪器检索界面（图7）。已录入人脸信息的管理员，还可以采用人脸识别方式进入系统。

图6 用户登录下载原图

图7 检索界面下载原图

在检索信息输入框内输入关键字如LM3*，点击“搜索”按钮，显示电子元器件的仓储位置、库存量，实物图等信息。点击元器件数据手册文件名，显示该元器件的数据手册。选择所要查询的电子测量仪器，显示其仓储位置[18,19]。

4.2 软硬件整机联调

如图8所示的系统工作台展示图，搜索要找的器件型号，所找元件仓储位置在第5行第5列，对应仓储柜指示灯点亮，位置与实际存放地点相符。

5 结束语

系统对分院所在的电子焊接实训室的空间布局及管理系统方案进行改进，平台软件界面简洁、易操作、功能实用。通过实训室仓库元器件的排列与本地数据库自动查询连接完成快速查询、电子元件定位、器件出库及库存修改功能，使空间利用最大化、人工效率更高、作业流程更加完整，解决了当前高校实训室中实验员效率低、作业流程复杂等问题，提升了管理的效率，节省了人力，同时为教师教学和学生动手实践提供了更智慧化的便捷服务。