CN111461629A - 一种自动化出入库管理的智能托盘***及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化出入库管理的智能托盘***，所述***包括智能终端模块、场内物流监控机、场内监控网关、后台管理***；所述智能终端模块和托盘进行绑定后，通过场内物流监控机和场内监控网关对托盘进行管理；搭载智能终端模块的托盘，在通过部署有场内物流监控机的区域时，将被监控机监听到其发出的信息；监控机将接收到的托盘数据联通自身工作模式信息发送至场内监控网关，网关将各个监控机发来的数据进行汇集后再发送至后台***服务器；***则对接收到的数据进行分析和计算，同时在***内标记各个托盘的状态变更，完成出库或入库的操作。本发明具有无作业环境及条件限制、安装调试成本低、快速和大批量完成出入库统计等优点。

Description

一种自动化出入库管理的智能托盘***及应用方法

技术领域

本发明涉及仓储物流领域，尤其是一种可进行自动化出入库管理的智能托盘***。

背景技术

在制造业和物流业中，原材料和货物于仓库的进出是非常普遍和频繁的作业。这项作业的后面，包括了取放、装卸、搬运、统计、核对等多项具体的操作。目前，企业已大量采用托盘、自动升降叉车、自动堆垛机等装备，使得取放、装卸、搬运等环节的作业效率大大提高。然而在统计和核对等环节，仍然主要依靠手工或者半自动方式，效率和准确性都不是很高。

在货物纳入编码管理以后，货物出入库的统计和复核工作也相应地借助扫码的方式来完成。它的优点是可以清楚地知道具体是哪些货物在出入库，但是在操作上还需要逐一扫码，速度上没有提高。如果编码标签印刷质量不佳，或者标签被污损，或者扫码的时候环境亮度不够，都可能出现扫码失败的情况。如果货物放置的位置或朝向不好，造成编码标签不可见，也会导致无法扫码。此外，在扫码的情况下，产生遗漏也是有可能的。

更为先进的一种方法是在货物上安装RFID电子标签，电子标签内写有货物的编码，作为对条形码或二维码的补充。出入库时，装有电子标签的货物通过一座特制的带有RFID阅读器的门，阅读器就可以批量读取到电子标签的信息，***即可对这些货物完成出入库的操作。这一方案相比手工操作和扫码操作，在速度上有了极大的提高，同时也能识别出货物的身份。不过，RFID方案也存在一些缺陷。比如标签与读卡器之间距离要求比较近，要求货物的摆放方式要使得标签与读卡器之间尽量没有遮挡，货物不能摆放得太密集，以及标签附近不能有金属物质等，否则有一些标签将无法被扫描到。在实际应用中，也确实经常发现有扫描不完全的情况。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于低功耗蓝牙和LoRa技术的自动化出入库管理的智能托盘***，将内置蓝牙芯片的智能终端模块安装至托盘上，并将托盘与其上装载的货物进行绑定，通过在仓库门口部署专用的监控机，即可实现精准的自动化出入库操作。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述***包括智能终端模块、场内物流监控机、场内监控网关、后台管理***；

所述智能终端模块安装固定于托盘外部不易受到碰撞的部位，或者通过预留安装位放置于托盘盘体内部；

所述智能终端模块，以其内部主控芯片的MAC地址作为编码，在安装到托盘外部或内部之前，以条形码或二维码的形式打印出并粘贴于模块外壳表面可见处；对应地，托盘也进行编码并以条形码或二维码的形式打印并粘贴于托盘表面可见处；通过智能数码设备对条形码或二维码的扫描将托盘和智能终端模块的编码发送至云端数据库进行绑定和存储；

所述智能终端模块和托盘进行绑定后，即可通过云端智能托盘管理***对托盘进行管理；

所述云端智能托盘管理***包括场内物流监控机和场内监控网关；

场内物流监控机用于自动化出入库管理时，部署于托盘出入库必经的通道上，场内物流监控机监听到范围内智能托盘模块发出的信号；

场内监控网关部署在网关与各个场内物流监控机能够通过LoRa协议进行通讯距离之内的区域；

搭载智能终端模块的托盘，在通过部署有场内物流监控机的区域时，将被监控机监听到其发出的信息；监控机将接收到的托盘数据联通自身工作模式信息发送至场内监控网关，网关将各个监控机发来的数据进行汇集后再发送至后台***服务器；***则对接收到的数据进行分析和计算，同时在***内标记各个托盘的状态变更，完成出库或入库的操作。

进一步地，所述智能终端模块由集成电路组件、锂电池电源和外壳组成；集成电路组件包括带微处理器的低功耗蓝牙BLE芯片、存储器、电源管理模块、外部数据接口和外部时钟模块；所述存储器、电源管理模块、外部数据接口、外部时钟模块分别与BLE芯片连接。

进一步地，所述智能终端模块采用一次性锂电池供电；模块通电即自动启动开始工作，以固定频率持续广播蓝牙射频信号，每次广播时长为100毫秒，广播时模块平均工作电流为1毫安；广播完毕模块即进入待机状态，待机时平均电流为5微安；模块不设开机和关机键；所述智能终端模块发射信号的强度可调，在发射功率设置在默认值为0dBm的情况下，模块广播的信号传输距离为15～20m；在发射功率调至最大的情况下，信号传输范围为50～60m。

进一步地，所述智能终端模块外壳为长方形壳体结构，采用阻燃ABS材料制成，按IP67的防水防尘要求设计，壳体四角有通孔，通过螺钉将壳盖与壳体紧固密合；智能终端模块电路板和锂电池电源密封在壳体内；壳体中部另设2个通孔，用于将智能终端模块安装固定在各种类型的托盘上；通孔与壳体内部空间相隔绝，壳盖与壳体之间嵌有硅胶O型圈。

进一步地，所述场内监控网关由微处理器芯片、Wi-Fi芯片、以太网收发器、LoRa收发器、4G通讯模组、RS-232/485工业通讯模块、存储器、电源管理模块、时钟管理模块、电路开关和外置增益天线组成；场内监控网关部署的地点，应在网关与各个场内物流监控机能够通过LoRa协议进行通讯的距离之内。

进一步地，所述场内物流监控机由多协议2.4G无线微处理器芯片、LoRa***芯片、存储器、电源管理模块、时钟管理模块、模式选择开关和外置增益天线组成，并预留温湿度传感器芯片接口；所述LoRa***芯片、存储器、时钟管理模块、电源管理模块分别与微处理器连接；外置增益天线用于扩大场内物流监控机的扫描范围。

进一步地，所述托盘可为由木制或钢制、铝制、塑料和其他复合材料制成的各种类型的托盘，用于装载货物进行运输和储存。

进一步地，所述智能终端模块的MAC地址需要与托盘的编码建立一一对应的关系，即进行绑定，绑定通过专用的智能设备APP操作；所述智能设备APP安装于带蓝牙4.0功能的智能手机上，并于安卓***或iOS***下运行。

一种自动化出入库管理的智能托盘应用方法，所述方法包括以下步骤：

S1，将生产出的智能终端模块通过螺钉、铆钉甚至粘胶的方式，安装固定到托盘上；智能终端模块不设开机和关机键，自生产完成起即开始工作，以一定的频率持续发射信号广播，直至内置锂电池的电能耗尽；

S2，将场内监控网关安装部署于厂区或库区，确保网关通讯范围能够覆盖全部场内物流监控机所在的位置；

S3，再将场内物流监控机根据需要安装部署于托盘和货物进出库的必经通道上；

S4，运行专用APP，使得智能手机与场内物流监控机之间建立蓝牙连接，再通过手机向监控机写入特定参数值，即可调节监控机的扫描监听范围；

S5，在后台管理***内，每一台场内物流监控机都需要配置在某个仓库项下；

S6，场内物流监控机上设有模式选择开关；通用模式可同时检测托盘入库和特定业务场景下的托盘出库。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、快速和大批量完成出入库统计；

2、数据准确，无作业环境及条件限制。托盘出入库时无须从特定路径通过，装在封闭车厢中也能够统计到；

3、监控范围可调，监控机和网关的部署简单，安装调试成本低；

4、监控机工作模式可切换，适用于多种业务的出入库场景；

5、可以用智能手机替代监控机及网关，进一步降低应用成本；

6、功能扩展性好。安装有智能模块的托盘，不仅可以对其进行自动出入库管理，还能够扩展到库存盘点、错装和防盗报警、轨迹追踪等。

附图说明

图1是本发明的数据流图。

图2是本发明中智能终端模块的连接示意图。

图3是本发明中智能终端模块的原理图。

图4是本发明中智能终端模块的壳体示意图。

图5是本发明的手机APP的操作界面图。

图6是本发明的通用模式下的出入库判断规则图。

图7是本发明的出库模式下的判断规则图。

图8是本发明的入库模式下的判断规则图。

图9是本发明的场内物流监控机的原理图。

图10是本发明的场内监控网关的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

实施例1：

如图1所示，本发明所述***包括智能终端模块、场内物流监控机、场内监控网关、后台管理***；

所述智能终端模块可以通过铆接等方式安装固定于托盘外部不易受到碰撞的部位，或者通过预留安装位放置于托盘盘体内部、如托盘的墩脚内；

所述智能终端模块，以其内部主控芯片的MAC地址作为编码，在安装到托盘外部或内部之前，以条形码或二维码的形式打印出并粘贴于模块外壳表面可见处；对应地，托盘也进行编码并以条形码或二维码的形式打印并粘贴于托盘表面可见处；通过智能数码设备对条形码或二维码的扫描将托盘和智能终端模块的编码发送至云端数据库进行绑定和存储；

托盘编码可以直接采用智能终端模块的编码，也可以另行单独编码。如果托盘另行编码，则可以通过连续扫描这两处不同编码的方式读取托盘和智能模块的编码，并发送至云端数据库进行绑定。这一操作通过专门的智能手机APP来完成。

所述智能终端模块和托盘进行绑定后，即可通过云端智能托盘管理***对托盘进行管理；

所述云端智能托盘管理***包括场内物流监控机和场内监控网关；

场内物流监控机用于自动化出入库管理时，部署于托盘出入库必经的通道上，并且应尽可能远离仓库内外临时或永久堆放的托盘或者货物。经过参数调试，场内物流监控机能够监听到几米至十几米范围内智能托盘模块发出的信号；

场内监控网关部署在网关与各个场内物流监控机能够通过LoRa协议进行通讯距离之内的区域；

搭载智能终端模块的托盘，无论是载货还是空载，在通过部署有场内物流监控机的区域时，将被监控机监听到其发出的信息；监控机将接收到的托盘数据联通自身工作模式信息发送至场内监控网关，网关将各个监控机发来的数据进行汇集后再发送至后台***服务器；***则对接收到的数据进行分析和计算，同时在***内标记各个托盘的状态变更，完成出库或入库的操作。

如图2、3所示，所述智能终端模块由集成电路组件、锂电池电源和外壳组成；集成电路组件包括带微处理器的低功耗蓝牙BLE芯片、存储器、电源管理模块、外部数据接口和外部时钟模块；所述存储器、电源管理模块、外部数据接口、外部时钟模块分别与BLE芯片连接；所述微处理器型号为RS02A1。

所述智能终端模块采用一次性锂电池供电；模块通电即自动启动开始工作，以固定频率(可调，默认为0.1赫兹)持续广播蓝牙射频信号，每次广播时长为100毫秒，广播时模块平均工作电流为1毫安；广播完毕模块即进入待机状态，待机时平均电流为5微安；以容量为1000毫安时的CR2477型锂锰电池计算，可供模块连续工作5年以上；模块不设开机和关机键；所述智能终端模块发射信号的强度可调，在发射功率设置在默认值为0dBm的情况下，模块广播的信号传输距离为15～20m；在发射功率调至最大的情况下(智能模块的功耗也相应增大)，信号传输范围为50～60m。

如图4所示，所述智能终端模块外壳为长方形壳体结构，采用阻燃ABS材料制成，按IP67的防水防尘要求设计，壳体四角有通孔，通过螺钉将壳盖与壳体紧固密合；智能终端模块电路板和锂电池电源密封在壳体内；壳体中部另设2个通孔，用于将智能终端模块安装固定在各种类型的托盘上；通孔与壳体内部空间相隔绝，壳盖与壳体之间嵌有硅胶O型圈，以满足防水防尘的要求。模块封装后尺寸约为55x45x15mm。

如图10所示，所述场内监控网关由型号为STM32F407的微处理器芯片、型号为RTL8711AF的Wi-Fi芯片、型号为DP83848的以太网收发器、型号为SX1278的LoRa收发器、型号为EC20的4G通讯模组、RS-232/485工业通讯模块、存储器、电源管理模块、时钟管理模块、电路开关和外置增益天线组成；场内监控网关部署的地点，应在网关与各个场内物流监控机能够通过LoRa协议进行通讯的距离之内，这个距离最远可以达到10公里之上。

如图9所示，所述场内物流监控机由型号为CC2652R的多协议2.4G无线微处理器芯片、型号为ASR6051为LoRa***芯片、存储器、电源管理模块、时钟管理模块、模式选择开关和外置增益天线组成，并预留温湿度传感器芯片接口；所述LoRa***芯片、存储器、时钟管理模块、电源管理模块分别与微处理器连接；外置增益天线用于扩大场内物流监控机的扫描范围。

所述托盘可为由木制或钢制、铝制、塑料和其他复合材料制成的各种类型的托盘，用于装载货物进行运输和储存。

如图5所示，所述智能终端模块的MAC地址需要与托盘的编码建立一一对应的关系，即进行绑定，绑定通过专用的智能设备APP操作；所述智能设备APP安装于带蓝牙4.0功能的智能手机上，并于安卓***或iOS***下运行。

一种自动化出入库管理的智能托盘应用方法，包括以下步骤：

S1，将生产出的智能终端模块通过螺钉、铆钉甚至粘胶的方式，安装固定到托盘上；智能终端模块不设开机和关机键，自生产完成起即开始工作，以一定的频率持续发射信号广播，直至内置锂电池的电能耗尽；

S2，将场内监控网关安装部署于厂区或库区，确保网关通讯范围能够覆盖全部场内物流监控机所在的位置；

S3，再将场内物流监控机根据需要安装部署于托盘和货物进出库的必经通道上，通常是部署于仓库或堆场的门口；根据仓库或堆场大门的宽度，调整场内物流监控机的相关参数，使其监控范围恰能覆盖大门宽度，但又不至于过大。参数调整通过支持蓝牙4.0功能的智能手机完成。

S4，运行专用APP，使得智能手机与场内物流监控机之间建立蓝牙连接，再通过手机向监控机写入特定参数值，即可调节监控机的扫描监听范围；

S5，在后台管理***内，每一台场内物流监控机都需要配置在某个仓库项下，因此***能够识别监控机发送的托盘信息是属于哪个仓库的。每个托盘所对应的智能终端模块的编码，都分属于某个仓库项下，且标记其状态为“在库”、“授权出库”、“在途”这三种中的一种。如果托盘上装载有货物，货物的编码与托盘的编码在后台管理***中也是关联的，通过其中一个编码可以查询到另一个编码。

S6，场内物流监控机上设有模式选择开关；通用模式可同时检测托盘入库和特定业务场景下的托盘出库。托盘出库有两种场景，区别是出库前是否能够确定哪些托盘将会出库。通常异质的货物出库时，是可以事先确定哪些货物将会出库的。由于货物与托盘存在对应关系，因而也可以事先确定哪些托盘将会出库。这种场景下，适用监控机的通用模式。如果出库计划由用户的ERP、OMS或WMS***制定并发出，在计划数据导入智能托盘管理***后，本***将会把待出库的托盘自动标记为“授权出库”状态。场内物流监控机在接收到托盘经过其附近时发出的广播信息后，将这些信息经由场内监控网关发送至后台管理***，管理***根据接收到的托盘信息在***内检索托盘的状态信息，如发现该托盘属于此仓库且当前状态为“授权出库”，则自动将其状态变更为“在途”。如发现该托盘不属于此仓库且当前状态为“在途”，表明这是正在入库的托盘，则***自动将其状态变更为“在库”，同时将其所属仓库变更为这台监控机所属的仓库。对于其他情形，***不做任何处理。通用模式下的出入库判断规则如图6所示。

场内物流监控机的模式选择开关切换至“出库模式”时，监控机仅可用于统计正在出库的托盘。这一模式适用于事先不能确定哪些托盘将要出库的场景。如经营托盘租赁的用户，发出托盘给其客户的时候，只需要保证发出托盘的数量符合，并不要求具体是哪一个托盘应该发出。与通用模式不同，监控机在出库模式下，对于每次扫描到的托盘信息，在发送至后台管理***前会先发送一个模式开关数据，如以“0”代表出库，表明当前监控机只作为出库统计用。管理***根据接收到的托盘信息在***内检索托盘的状态信息，如发现该托盘属于此仓库且当前状态为“在库”，则自动将其状态变更为“在途”。对于其他情形，***不做任何处理。出库模式下的判断规则如图7所示。

场内物流监控机的模式选择开关切换至“入库模式”时，监控机仅可用于统计正在入库的托盘。这一模式适用于各种托盘入库的场景。与通用模式不同，监控机在出库模式下，对于每次扫描到的托盘信息，在发送至后台管理***前会先发送一个模式开关数据，如以“1”代表入库，表明当前监控机只作为入库统计用。管理***根据接收到的托盘信息在***内检索托盘的状态信息，如发现该托盘不属于此仓库且当前状态为“在途”，则自动将其状态变更为“在库”，并将此托盘所属的仓库变更为当前仓库。对于其他情形，***不做任何处理。入库模式下的判断规则如图8所示。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种自动化出入库管理的智能托盘***，其特征在于：所述***包括智能终端模块、场内物流监控机、场内监控网关、后台管理***；

所述智能终端模块安装固定于托盘外部不易受到碰撞的部位，或者通过预留安装位放置于托盘盘体内部；

所述智能终端模块，以其内部主控芯片的MAC地址作为编码，在安装到托盘外部或内部之前，以条形码或二维码的形式打印出并粘贴于模块外壳表面可见处；对应地，托盘也进行编码并以条形码或二维码的形式打印并粘贴于托盘表面可见处；通过智能数码设备对条形码或二维码的扫描将托盘和智能终端模块的编码发送至云端数据库进行绑定和存储；

所述智能终端模块和托盘进行绑定后，即可通过云端智能托盘管理***对托盘进行管理；

所述云端智能托盘管理***包括场内物流监控机和场内监控网关；

场内物流监控机用于自动化出入库管理时，部署于托盘出入库必经的通道上，场内物流监控机监听到范围内智能托盘模块发出的信号；

场内监控网关部署在网关与各个场内物流监控机能够通过LoRa协议进行通讯距离之内的区域；

搭载智能终端模块的托盘，在通过部署有场内物流监控机的区域时，将被监控机监听到其发出的信息；监控机将接收到的托盘数据联通自身工作模式信息发送至场内监控网关，网关将各个监控机发来的数据进行汇集后再发送至后台***服务器；***则对接收到的数据进行分析和计算，同时在***内标记各个托盘的状态变更，完成出库或入库的操作。

2.根据权利要求1所述的一种自动化出入库管理的智能托盘***，其特征在于：所述智能终端模块由集成电路组件、锂电池电源和外壳组成；集成电路组件包括带微处理器的低功耗蓝牙BLE芯片、存储器、电源管理模块、外部数据接口和外部时钟模块；所述存储器、电源管理模块、外部数据接口、外部时钟模块分别与BLE芯片连接。

3.根据权利要求1所述的一种自动化出入库管理的智能托盘***，其特征在于：所述智能终端模块采用一次性锂电池供电；模块通电即自动启动开始工作，以固定频率持续广播蓝牙射频信号，每次广播时长为100毫秒，广播时模块平均工作电流为1毫安；广播完毕模块即进入待机状态，待机时平均电流为5微安；模块不设开机和关机键；所述智能终端模块发射信号的强度可调，在发射功率设置在默认值为0dBm的情况下，模块广播的信号传输距离为15～20m；在发射功率调至最大的情况下，信号传输范围为50～60m。

4.根据权利要求1所述的一种自动化出入库管理的智能托盘***，其特征在于：所述智能终端模块外壳为长方形壳体结构，采用阻燃ABS材料制成，按IP67的防水防尘要求设计，壳体四角有通孔，通过螺钉将壳盖与壳体紧固密合；智能终端模块电路板和锂电池电源密封在壳体内；壳体中部另设2个通孔，用于将智能终端模块安装固定在各种类型的托盘上；通孔与壳体内部空间相隔绝，壳盖与壳体之间嵌有硅胶O型圈。

5.根据权利要求1所述的一种自动化出入库管理的智能托盘***，其特征在于：所述场内监控网关由微处理器芯片、Wi-Fi芯片、以太网收发器、LoRa收发器、4G通讯模组、RS-232/485工业通讯模块、存储器、电源管理模块、时钟管理模块、电路开关和外置增益天线组成；场内监控网关部署的地点，应在网关与各个场内物流监控机能够通过LoRa协议进行通讯的距离之内。

6.根据权利要求1所述的一种自动化出入库管理的智能托盘***，其特征在于：所述场内物流监控机由多协议2.4G无线微处理器芯片、LoRa***芯片、存储器、电源管理模块、时钟管理模块、模式选择开关和外置增益天线组成，并预留温湿度传感器芯片接口；所述LoRa***芯片、存储器、时钟管理模块、电源管理模块分别与微处理器连接；外置增益天线用于扩大场内物流监控机的扫描范围。

7.根据权利要求1所述的一种自动化出入库管理的智能托盘***，其特征在于：所述托盘可为由木制或钢制、铝制、塑料和其他复合材料制成的各种类型的托盘，用于装载货物进行运输和储存。

8.根据权利要求1所述的一种自动化出入库管理的智能托盘***，其特征在于：所述智能终端模块的MAC地址需要与托盘的编码建立一一对应的关系，即进行绑定，绑定通过专用的智能设备APP操作；所述智能设备APP安装于带蓝牙4.0功能的智能手机上，并于安卓***或iOS***下运行。

9.一种基于权利要求1所述的自动化出入库管理的智能托盘应用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1，将生产出的智能终端模块通过螺钉、铆钉甚至粘胶的方式，安装固定到托盘上；智能终端模块不设开机和关机键，自生产完成起即开始工作，以一定的频率持续发射信号广播，直至内置锂电池的电能耗尽；

S2，将场内监控网关安装部署于厂区或库区，确保网关通讯范围能够覆盖全部场内物流监控机所在的位置；

S3，再将场内物流监控机根据需要安装部署于托盘和货物进出库的必经通道上；

S4，运行专用APP，使得智能手机与场内物流监控机之间建立蓝牙连接，再通过手机向监控机写入特定参数值，即可调节监控机的扫描监听范围；

S5，在后台管理***内，每一台场内物流监控机都需要配置在某个仓库项下；

S6，场内物流监控机上设有模式选择开关；通用模式可同时检测托盘入库和特定业务场景下的托盘出库。

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