CN105717876B - 一种点阵式物料检测和取料指示装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种点阵式物料检测和取料指示装置及方法。本发明包括两部分功能：一是安装在被测物料架上的一套点阵式物料检测单元，实时扫描物料余量情况，如有缺料则产生告警并通过接口发送到无线节点，库房内多个物料架通过无线节点组成一张无线传感器网络，无线网络汇聚各节点数据并上送到上层服务器；另一部分是安装在物料架上的一套点阵式取料指示装置，当领料人需要领取某种物料时，只要在上层服务器上选中该物料并给出数量，则服务器把领料指示指令通过无线网络下发到对应物料架，点亮物料架总指示灯以及相应物料位置指示灯，无线节点上附带的数码管显示取料数量。本发明利用成熟的无线传感器网络技术，将一个库房内的多个物料架连成无线网络，在办公区域利用服务器监控库房内所有物料架上的物料剩余量，实时监控缺料情况。

Description

一种点阵式物料检测和取料指示装置及方法

技术领域

本发明涉及检测技术和无线传感器网络技术，具体地说是一种点阵式物料检测和取料指示装置及方法。

背景技术

装备制造领域，如机械加工、仪器仪表等行业，生产加工过程中需要使用的物料种类繁多，而且日常消耗量比较大。如果管理不善，经常会发生由于缺料而影响生产进度的问题。及时感知库房内物料缺损并及时给予补充，可以有效减少因物料缺料对生产进度的影响，从而提高效率；此外，很多企业生产加工中领料工作都是由人工完成，要求操作人员对库房物料存放情况特别熟悉，才能及时找到所需物料，一旦更换新的库房管理人员，则需要花费大量时间和精力寻料，也很容易在物料种类和数量上出错。

现有ERP(Enterprise Resource Planning，即企业资源计划)技术相对成熟，在物料库存管理方面有比较好的解决方案，但存在两个问题：一是ERP软件比较昂贵，一般的中小企业承担不起；二是ERP是一套管理软件，执行的主体是人，ERP数据和实际数据存在不相符的情况。

发明内容

本发明针对现有物料库存管理***和装置存在造价昂贵和数据准确度欠佳的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种点阵式物料检测和取料指示装置及方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种点阵式物料检测和取料指示装置，包括：

物料检测单元，为根据物料架实际尺寸搭建的点阵结构，行列交叉点上设置用于检测物料架上相应位置存料的检测器件，各行、列线缆汇总后接入到控制单元，当检测器件检测到其相应位置的物料缺料时，产生告警信息供控制单元查询；

取料指示单元，为与物料检测单元布置形式相同的点阵结构，行列交叉点上设置指示灯，各行、列线缆汇总后也接入到控制单元，当接收到取料指示命令后，控制单元点亮取料指示单元对应位置指示灯，指示相应的取料位置；

控制单元，物料检测和取料指示公用的控制芯片，提供两组接口资源平均分配给物料检测单元和取料指示单元，通过有线标准接口连接到无线节点，给无线节点发送告警信息和从无线节点接收取料指令；

无线节点，安装于物料架上，且每一台物料架上安装一个无线节点，通过无线方式与无线网关实现收、发双向通信，多个物料架的上的多个无线节点与无线网关构成一张星型无线网络；

无线网关，作为无线节点和服务器的桥梁，向下通过无线方式与各物料架上无线节点通信，向上通过有线与服务器通信；

服务器，由一台安装配套操作软件的PC机来承担，是人机交互的窗口，即可以显示物料告警信息，又作为输入取料指令的界面。

所述无线节点上还带有用于显示取料数量的数码管，和/或用于指示物料架位置的总指示灯，和/或用于连续取料时用于切换下一种物料的按钮开关。

所述检测器件在每一列上串联一个可调电阻，用于调整告警门限。

所述取料指示装置的每列指示灯通过三极管连接到电源，每行指示灯通过三极管连接到地，当行、列三极管都导通时，点亮物料架上对应位置的指示灯。

所述控制单元由一片CPLD来实现。

所述检测器件采用压力应变片。

一种点阵式物料检测和取料指示方法，包括以下步骤：

将仓储区域划分为若干个子区域，每个子区域通过无线节点连接到服务器；

当物料检测单元中的检测器件检测到其相应位置的物料缺料时，向控制单元发出告警信息，控制单元将该告警信息通过无线节点和无线网关，最终发送到服务器中并显示；

当服务器下发取料指令后，取料指令经过无线网关和无线节点，最终发送到该子区域的控制单元，控制单元根据取料指令点亮取料指示单元中相应位置的指示灯.

还包括当服务器下发取料指令后，根据取料指令所指示的子区域，点亮相应无线节点的总指示灯。

所述还包括当服务器下发取料指令后，由该区域的数码管显示取料的数量。

如果一次领取多种物料，由服务器下发取料指令，取料指令中涉及的无线节点轮询显示物料位置和数量，对应取料指示单元中的指示灯闪烁时，该子区域的数码管上显示取料数量。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.利用成熟的无线传感器网络技术，将一个库房内的多个物料架连成无线网络，在办公区域利用服务器监控库房内所有物料架上的物料剩余量，实时监控缺料情况；

2.实现领料的智能指示，帮助领料人员用最短的时间找到所需物料；

3.本发明物料检测和取料指示两种功能的控制核心由一个CPLD完成，每一个物料架只需要安装一个无线节点就可以同时完成物料检测和取料指示两种功能，结构简单，成本较低，一般的中小企业也能够接受，易于推广应用。

4.本发明支持一次领取多种不同数量物料，引导领料人快速领取物料，节省时间，提高效率。

附图说明

图1是本发明物料检测和取料指示智能装置示意图；

图2是本发明CPLD与无线节点间通信报文结构图；

图3是本发明库房物料架无线传感器网络组网图。

图4是本发明上层服务器软件参考界面。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明的主体是设计的一套基于CPLD实现的点阵式物料检测和取料指示的方法及智能装置。CPLD是工作核心，实现与无线节点通信、物料检测、取料指示三部分功能。与无线节点通信可以使用串口，简单高效；物料检测和取料指示是两套独立功能，占用CPLD不同的控制引脚。物料检测单元是一套根据物料架实际尺寸用线缆做成的点阵结构，每个行列交叉点上有一个检测器件，用于检测物料架上每一个位置的存料。取料指示与物料检测单元结构类似，也是一套用线缆做成的点阵结构，每个行列交叉点上有一个指示灯。点阵式物料检测和取料指示智能装置的结构示意图如附图1所示。

本发明采用一块CPLD芯片(根据实际需要兼顾成本，也可以采用单片机或者其他低成本的CPU)，实现点阵式物料检测和取料指示两种功能。CPLD选型的原则是：通用引脚数量大于物料架行列总数的2倍，寄存器、宏单元等内部逻辑资源满足设计要求，能够正确编译、综合、下载。

下面以4×4阵列物料架为具体实例详细描述功能。

CPLD占用一组引脚，分别作为行、列两部分(行列可以随意数量，不一定要相等)，列部分引脚作为输出，控制一组三极管(根据实际需要也可以选用MOS管或继电器)的通断；三极管的集电极统一连接到电源上。行部分引脚作为输入信号送入CPLD，每个行列的交叉点接一个检测器件，作为物料架上每个位置的检测传感器。检测器件可以根据被检测物料的状态而灵活选择。如果是零散的小机械零件，可选用压力应变片，根据重量判断物料剩余，同时每一个检测行上串接一个可调电阻，可以灵活调整告警门限；如果是大件物料，则可选用接近开关，判断每个位置是否有物料。

点阵式物料检测原理为：CPLD控制输出引脚，每次只打开一个列的三极管，并同时扫描各个行的状态。以压力应变片作为检测器件为例，当物料架上对应位置物料足够多时，重量比较大，应变片电阻比较小，此时该行引脚相当于通过一个小电阻上拉到电源，CPLD引脚读到高电平，而各行的状态完全独立，通过一次扫描可以感知一个列上所有位置的物料情况；如果某一个位置物料余量比较小，则重量变轻，那么此时应变片电阻变大，上拉的作用变弱，可调电阻下拉的作用变强，通过调整可变电阻可以调整判别门限。当物料的余量变小到导致应变片电阻达到判别门限时，CPLD引脚就会读取到低电平，CPLD感知对应位置缺料，产生告警并发送到无线节点。无线节点则通过无线传感器网络将告警上传到服务器上显示。

点阵式取料指示方法的原理为：CPLD分别占用一组行引脚和一组列引脚，全部都作为输出信号使用。每个输出引脚控制一个三极管(根据实际需要也可以选用MOS管或继电器)的通断，行引脚控制三极管的集电极接电源，列引脚控制三极管的发射极接地。当需要物料架上某一个位置的指示灯点亮时，只需要行/列对应位置的两个三极管同时打开即可，此时指示灯电源和地形成通路即可点亮。

此外，无线节点上还附带了一个总指示灯和一个数码管。当库房内物料架的数量比较多时，选中物料架的总指示灯亮起，提示领料人先找到物料架，之后再找物料架上的某一个位置。数码管上显示领料数量。当一次需要领取多种物料时，轮询显示需领取物料的位置和数量。具体工作过程是：操作人员在服务器上选中要领取物料的名称和数量，领料命令通过无线网络下发到对应物料架，物料架上无线节点控制总指示灯点亮，此时物料架第一种物料位置指示灯点亮并闪烁，数码管上显示第一种要领取物料的数量。领料人按数量和位置提示领料完毕后，按一下无线节点上按钮，则第一种物料指示灯熄灭，第二种物料位置指示灯点亮并闪烁，同时数码管上显示第二种物料领取数量。此过程轮询，直至所有物料都领料完毕后，指示灯和数码管都全部熄灭。

CPLD与无线节点之间通信数据报文以简单、可靠为准。本发明装置的硬件结构可以考虑每次通信的报文长度为一个字节。其中，前4位代表行数据，后4位代表列数据，每一位全0/全1留做调试用。通信报文的结构见附图2。一个字节中的4位二进制行/列地址，去掉全0/全1保留调试用，物料架上位置行列从0001开始，最大到1110，最多可以表示14×14阵列物料架，基本可以满足绝大多数型号物料架的实际需求。如果CPLD向无线节点发送数据0x11，代表物料检测单元检测到物料架上第一行第一列产生告警，该位置物料余量不足。如果无线节点向CPLD发送数据0x11，则代表需要点亮第一行第一列位置指示灯，如果无线节点向CPLD发送数据0xFF，则点亮全部指示灯。如果无线节点向CPLD发送数据0x00，则熄灭全部指示灯。

同一库房的所有物料架通过无线节点连接成一张无线传感器网络。应用于库房物料架的无线传感器网络的组网如图3所示，由一个无线网关(如果距离远有遮挡还可以增加AP保障数据可靠传输)汇聚数据，通过线缆送到服务器。服务器可以放置于办公区，实现办公区和仓储区域的物理隔离，利于管理。

上层服务器界面采用VC或VB编程工具完成。只要有物料位置输入，领料操作按钮以及基本的调试功能即可，建议参考的设计界面样式如图4所示。输入物料名称和位置(物料位置输入按格式：物料架号：行号：列号形式，如1：1：1)，点击“物料位置输入”，将该数据内容保存到服务器的硬盘上。每种物料只需要一次输入即可，可以连续进行物料位置输入的操作。领料操作只需给出物料名称和数量，点击“领料”。领料命令即可下发到物料架对应位置，可以连续进行领料操作，实现一次多种领料。领料时物料名称可以点击下拉菜单选取，也可以手工输入。手工输入支持模糊查找，即只要输入一个字符满足条件的都在下方显示，数量可以随意填写。界面下方是告警显示窗口，可以同时显示多条。如果一屏显示不开，下一条告警自动取代上一条告警。此外，界面上设置几个附属按钮，用于调试设备使用。

Claims (10)

1.一种点阵式物料检测和取料指示装置，其特征在于，包括：

物料检测单元，为根据物料架实际尺寸搭建的点阵结构，行列交叉点上设置用于检测物料架上相应位置存料的检测器件，各行、列线缆汇总后接入到控制单元，当检测器件检测到其相应位置的物料缺料时，产生告警信息供控制单元查询；

取料指示单元，为与物料检测单元布置形式相同的点阵结构，行列交叉点上设置指示灯，各行、列线缆汇总后也接入到控制单元，当接收到取料指示命令后，控制单元点亮取料指示单元对应位置指示灯，指示相应的取料位置；

控制单元，物料检测和取料指示公用的控制芯片，提供两组接口资源平均分配给物料检测单元和取料指示单元，通过有线标准接口连接到无线节点，给无线节点发送告警信息和从无线节点接收取料指令；

无线节点，安装于物料架上，且每一台物料架上安装一个无线节点，通过无线方式与无线网关实现收、发双向通信，多个物料架的上的多个无线节点与无线网关构成一张星型无线网络；

无线网关，作为无线节点和服务器的桥梁，向下通过无线方式与各物料架上无线节点通信，向上通过有线与服务器通信；

服务器，由一台安装配套操作软件的PC机来承担，是人机交互的窗口，即可以显示物料告警信息，又作为输入取料指令的界面。

2.根据权利要求1所述的一种点阵式物料检测和取料指示装置，其特征在于，所述无线节点上还带有用于显示取料数量的数码管，和/或用于指示物料架位置的总指示灯，和/或用于连续取料时用于切换下一种物料的按钮开关。

3.根据权利要求1所述的一种点阵式物料检测和取料指示装置，其特征在于，所述检测器件在每一列上串联一个可调电阻，用于调整告警门限。

4.根据权利要求1所述的一种点阵式物料检测和取料指示装置，其特征在于，所述取料指示装置的每列指示灯通过三极管连接到电源，每行指示灯通过三极管连接到地，当行、列三极管都导通时，点亮物料架上对应位置的指示灯。

5.根据权利要求1所述的一种点阵式物料检测和取料指示装置，其特征在于，所述控制单元由一片CPLD来实现。

6.根据权利要求1所述的一种点阵式物料检测和取料指示装置，其特征在于，所述检测器件采用压力应变片。

7.根据权利要求1所述装置的一种点阵式物料检测和取料指示方法，其特征在于，包括以下步骤：

将仓储区域划分为若干个子区域，每个子区域通过无线节点连接到服务器；

当物料检测单元中的检测器件检测到其相应位置的物料缺料时，向控制单元发出告警信息，控制单元将该告警信息通过无线节点和无线网关，最终发送到服务器中并显示；

当服务器下发取料指令后，取料指令经过无线网关和无线节点，最终发送到该子区域的控制单元，控制单元根据取料指令点亮取料指示单元中相应位置的指示灯.

8.根据权利要求7所述的一种点阵式物料检测和取料指示方法，其特征在于，还包括当服务器下发取料指令后，根据取料指令所指示的子区域，点亮相应无线节点的总指示灯。

9.根据权利要求7所述的一种点阵式物料检测和取料指示方法，其特征在于，所述还包括当服务器下发取料指令后，由该区域的数码管显示取料的数量。

10.根据权利要求7所述的一种点阵式物料检测和取料指示方法，其特征在于，如果一次领取多种物料，由服务器下发取料指令，取料指令中涉及的无线节点轮询显示物料位置和数量，对应取料指示单元中的指示灯闪烁时，该子区域的数码管上显示取料数量。