在傳統的倉庫管理中，利用手工錄入信息的方法存在效率低下、易出差錯、更新及維護困難、缺少基于WSN網絡化數據采集手段等缺點。隨著我國物流倉儲技術的發展，條碼技術作為一種自動識別技術，具有輸入速度快、準確度高、成本低、可靠性強等優點，在倉儲管理中得到了廣泛的應用。目前，在二維條碼設備開發研制生產方面，美國、日本等國的設備制造商生產的條碼識讀設備和條碼生成設備，已廣泛應用于各類二維條碼應用系統[1],而國內也主要使用國外產品。這些產品識讀的碼制大多是國外研發的,并且其中的無線產品大多采用藍牙傳輸協議，存在技術復雜、成本高、功耗大、傳輸距離短及組網節點少等問題。國內也有一些條碼識讀器，但是大多采用有線方式，現場操作很不方便。將條碼識別技術與無線通信技術相結合，可以實現對物品信息快速、準確、實時錄入，并且能夠在一定程度上降低設備成本，加快倉庫管理信息化。
1 系統功能和總體結構
1.1  系統功能
    本文所設計的無線條碼數據采集器具有現場實時數據采集、傳輸、自動存儲、即時顯示、即時反饋、自動處理等功能。操作人員可以根據實際需求選擇標準模式、快速模式或批量模式完成對物品的入庫、出庫、點驗等操作。
1.2 系統總體結構
    由于嵌入式系統在功能、可靠性、成本、體積以及功耗等方面都具有優勢，可真正實現對產品的“量身定做”和便攜化、智能化、網絡化設計。
    本系統應用嵌入式技術，采用模塊化設計思想，結構模型主要由條碼識別模塊、微處理器和無線數傳模塊三大模塊構成，如圖1所示。微處理器作為主控制器，控制條碼識別模塊和無線傳輸模塊分別對二維條碼數據進行采集和發送。各功能模塊相互獨立，便于維護。除了上述主要構成模塊之外，整個系統還需要其他必備的外圍模塊電路，包括電源模塊、存儲器擴展模塊、鍵盤掃描模塊、顯示模塊，本文中不做重點闡述。

1.2.1  條碼識別模塊
    二維條碼識讀是通過獲取二維條碼符號上的圖像信息，譯碼得到符號承載信息的過程。二維條碼識讀主要采用攝像式識讀方式。其識讀過程：首先由光源發光對條碼照明，二維條碼圖像通過光學透鏡成像在CMOS半導體傳感器上，再通過直接數字化（CMOS技術）輸出圖像數據，由外部擴展存儲器存儲該數據，再送到處理器芯片進行碼字分割、碼字識別、信號糾錯等處理;譯碼后的二維條碼數據通過接口電路傳送到主控制器，由主控制器控制其顯示和無線傳輸。
    本系統選用國內自主知識產權的EM3000二維條碼掃描引擎，它集成了光學系統、圖形數字化、圖形處理和解碼軟件及相關電路，采用600 MHz的微處理器，能快速識別目前市場上所有主流應用的、符合國際標準的一維及二維條碼，如PDF417、QR Code、Datamatrix、Aztec、漢信碼等。EM3000由主板電路、CMOS 板電路、光源板電路組成，如圖2所示。EM3000不僅提供串口與外界通信,同時還提供相應接口用來觸發蜂鳴器和LED。

    EM3000工作流程：掃描引擎初始化、攝取圖像、圖像預處理、圖像二值化、符號定位或尋像、提取校正網格信息、符號采樣、碼圖譯碼、糾錯譯碼和信息譯碼。
1.2.2 無線通信模塊
    ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的應用于無線監測與控制的全球性無線通信標準,具有低成本、低速率、近距離、短延時、高容量、高安全、免執照頻段等特點，可以廣泛應用于工業控制、家庭自動化、醫療護理、智能農業、消費類電子和遠程控制等領域[2]。因為ZigBee大多數時間都處于睡眠模式，所以特別適合用在功耗要求嚴格的場合，如電池供電設備。
    本系統的ZigBee無線傳輸模塊主要由CC2430構成，CC2430是Chipcon公司生產的符合ZigBee技術的 2.4 GHz 射頻系統單芯片。 該芯片具有從休眠模式轉換到主動模式用時短的特性，特別適合要求電池壽命非常長的應用場合[3]。CC2430芯片在單個芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器,使用一個8 bit MCU(8051)，具有32/64/128 KB可編程Flash和8 KB的RAM，還包含模擬數字轉換器(ADC)、定時器（Timer）、AES128 協同處理器、看門狗定時器、32 kHz 晶振的休眠模式定時器、上電復位電路(Power On Reset)、掉電檢測電路(Brown Out Detection)以及21 個可編程 I/O 引腳。CC2430/CC2431芯片采用 0.18 μm CMOS 工藝生產,工作時的電流損耗為27 mA;在接收和發射模式下,電流損耗分別低于27 mA或25 mA[4]。
    無線模塊的構成如圖3所示，該模塊將采集器采集到的二維條碼信息以無線方式傳送到服務器。

1.2.3 主控制器模塊
    在條碼數據采集方面,有的方案采用S3C2410X作為系統核心處理器[5]，該芯片集成度高、價格低，但是它屬于商用級芯片,環境適應能力和可靠性方面有所欠缺。根據系統要求,對于處理器的選擇，除了要具備接口豐富、可靠性好和性價比高的特點之外，還要具有低功耗特性。因此本采集器核心控制模塊選用在工業控制領域廣泛應用的MOTOROLA芯片MCF5249。MCF5249是以ColdFire 32 bit微處理器為基礎的高性能處理器,最高工作頻率為140 MHz，性能可達125Dhrystone 2.1 MIPS,而功耗僅為1.3 mW/MHz。本系統中，MCF5249通過串口TTL電平方式與條碼掃描模塊和無線數據傳輸模塊相連，控制整個采集器內部數據的傳輸。
2 系統硬件設計
2.1 無線傳輸模塊與主控芯片的連接電路
     控制器MCF5249既要與條碼掃描引擎EM3000進行數據通信,又要與ZigBee無線傳輸模塊進行數據通信。為了實現在一個信道中同時處理這兩路信號，系統采用了多路復用芯片MAX4052ACEE將一路UART信號分成多路，分別接EM3000和ZigBee無線傳輸模塊，其中引腳TX1和RX1用于連接無線模塊。無線傳輸模塊與 MCF5249連接電路如圖4所示。

    服務器采用RS232接口與ZigBee協調器連接。采集器通過無線傳輸模塊將采集到的條碼信息上傳到服務器。
2.2  EM3000與主控芯片的連接電路
    本系統中EM3000與主控制器MCF5429之間通過串口進行通信，操作人員通過按鍵觸發EM3000掃描條碼，并將掃描到的條碼信息通過串口傳送到控制器。掃描模塊在掃描失敗時會給主控制器發送錯誤提示，在一個工作循環結束后，掃描模塊會自動轉入休眠狀態，以減少功耗。EM3000與MCF5249硬件接口電路如圖5所示。EM3000左邊接相應的蜂鳴器和LED驅動電路[6]。

    EM3000首先通過CMOS圖像傳感器攝取條碼圖像，并對條碼圖像進行預處理，再對預處理后的圖像進行二值化、尋像定位、采樣、信息譯碼和糾錯譯碼等處理后，將條碼信息還原成原始信息，并將數據傳送到主控制器。
3 系統軟件設計
    整個條碼采集系統由POS端和PC端構成。條碼識別模塊獲取條碼數據后，通過ZigBee網絡以無線通信方式將數據發送給服務器。
    根據倉庫管理的需求，POS端可對條碼信息進行入庫、出庫和點驗等相關操作，并有標準模式、快速模式及批量模式三種工作模式可供操作人員根據實際需求進行選擇。
    POS端與服務器聯網成功后，即可登錄到采集器工作界面；操作員根據實際需求選定工作模式并確定操作類別，此時便可以開始掃描、采集條碼數據，并將數據通過ZigBee無線傳輸給服務器。根據不同的工作模式，POS端會有不同的處理方式。
3.1  無線模塊的軟件設計
    為了實現多人同時操作POS機，本系統利用ZigBee技術將多個數據采集器組網，形成一個無線傳感器采集網絡，通過ZigBee無線通信方式與服務器通信，從而實現快速、方便、準確采集條碼信息。本系統所采用的ZigBee網絡由一個ZigBee協調器節點與多個ZigBee終端節點組成，構成點對多點的星型網絡拓撲結構，以點對多點的形式對信息收發進行控制。整個數據采集系統主要由采集器終端、服務器、數據庫以及管理器組成。
3.1.1 協調器軟件設計
    首先對協調器上電，進行初始化，然后啟動ZigBee網絡，當有POS機節點加入時，分別給每一個POS機節點分配地址，POS機進入待機狀態。然后啟動按鍵進行數據采集，并由POS機節點發送請求，等待協調器接收采集到的數據，如果接收到數據，則將數據上傳給服務器。協調器的工作流程圖如圖6所示。

3.1.2 采集器節點軟件設計
    POS端開機后，首先進行設備初始化，尋找網絡；與服務器聯網成功后，即可登錄到采集器工作界面；操作人員通過按鍵觸發采集器進行條碼信息采集，并根根據所選擇的工作模式將采集到的信息通過ZigBee網絡無線上傳給服務器。采集器節點工作流程如圖7所示。

    由于POS機由電池供電，能量受限，除加入網絡請求和發送數據外，節點大部分時間處于休眠狀態。平時無線模塊處于休眠狀態，當有無線傳送請求時，控制器用一個I/O信號將其激活，響應無線傳送請求，然后又進入休眠狀態。處于休眠狀態時大部分電路處于關閉狀態，芯片內含的許多模塊也都關閉，只留下中斷，從而節省了POS機的功耗。
3.2  遠程PC機管理系統
    PC端軟件主要實現串口通信、顯示采集到的條碼數據和數據庫的訪問。打開管理系統后，顯示條碼編號、類型編號、姓名、類型名稱、型號、材質、生產廠家等信息。采集到的條碼數據能實時顯示和存儲在數據庫中，并能夠顯示條碼對應物品的入庫時間、出庫時間、點驗時間、入庫POS機號、出庫POS機號、點驗POS機號,從而可以實施對倉庫的信息化管理。
    系統軟硬件裝配完畢后，對數據采集器進行了功能測試，針對其標準、快速、批量三種不同操作模式分別測試了其入庫、出庫以及點驗的數據錄入和實時傳輸性能，測試結果如圖8所示。數據庫接收到的數據與實際條碼數據完全一致，表明該采集器數據采集準確，實現了對二維條碼信息的實時傳輸及自動管理，滿足了系統設計要求。

    本系統采用ZigBee技術，利用CC2430芯片完成采集器和服務器的實時無線數據通信，功能測試表明，該無線條碼數據采集器實現了對物品二維條碼的快速、準確采集，實時傳輸及自動管理，有效地提高了倉庫管理的可靠性與有效性,能夠滿足典型倉庫信息化管理的需求。使倉庫管理模式實現了兩個轉變：(1)從傳統的依靠經驗管理轉變為依靠精確的數字分析管理。(2)從事后管理(隔一段時間進行結算、盤點)轉變為實時管理，大大提高了倉庫管理的信息化水平。
參考文獻
[1] 張旭.漢信碼識讀技術研究[D].天津：天津工業大學碩士學位論文, 2007.
[2] 丁飛，張西良，張世慶,等. ZigBee技術的硬件實現模式分析[J].單片機與嵌入式系統應用,2006(9):51-57.
[3] 楊雪峰,胡榮強.基于CC2430實現ZigBee通信[J]. PLC & FA,2007(7):85-88.
[4] TEXAS Instruments. CC2430 DataSheet. (rev. 1.03). 2005.
[5] 崔更申，黃廷輝，彭建.基于嵌入式的ZigBee無線條碼掃描儀系統的設計[J].電子器件,2007，30(5):1971-1974.
[6] Fujian Newland Auto-ID Tech,EM3000 Datasheet,http://www.nlscan.com/,2007.