Alexandria Engineering Journal (2018) 57, 3817–3823

H O S TE D BY

ORIGINAL ARTICLE

Alexandria University

Alexandria Engineering Journal

www.elsevier.com/locate/aej www.sciencedirect.com

Warehouse inventory management system using IoT and open source framework

B. Sai Subrahmanya Tejesh *, S. Neeraja

Dept. of ECE, SRK Institute of Technology, Enikepadu, Vijayawada, A.P., India

Received 29 April 2017; revised 4 February 2018; accepted 19 February 2018

Available online 27 November 2018

Abstract In general, warehouses are used to store goods or products. In the Warehouses, if the user wants to locate any product it is very difficult, because user have to do a detailed search man- ually in all the available stockrooms this requires a lot of effort. So to avoid this problem the ware- house inventory management system is very helpful because it maintains the detailed product information and tells us in which stockroom the product is present. The warehouse inventory man- agement system is playing a significant aspect in many productions and goods based methodology. Though there are many wireless communication technologies the RFID suits the best for the ware- house inventory management system. The tag information is transferred from the transmitter sec- tion to open source hardware via a wireless link with the aid of internet. The warehouse inventory management system built on the architecture of the Internet of Things is developed to track the products attached to the tags with product information and their respective time stamps for further verification. The Raspberry Pi acts as a central server, monitoring all the information. The total sys- tem gives an archetype to correspond the information flow and material flow. The web page which is built in accordance to provide convenient and an interface to the user to track the products. The developed system results a very low cost system and works dynamically compared with the existing present warehouse inventory management systems.

KEYWORDS

IoT;

RFID;

Warehouse inventory management system; Wi-Fi module;

Open source hardware

copy; 2018 Faculty of Engineering, Alexandria University. Production and hosting by Elsevier B.V. This is an

open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

1. Introduction

Smart systems are playing a major role in industries, home, colleges, and other native environments. In the smart systems, there is a linear growth in the localization concept, because localization is playing a crucial role in contemporary life [1]. It is really challenging to locate any particular object

* Corresponding author.

E-mail address: tejeshbss@hotmail.com (B.S.S. Tejesh).

Peer review under responsibility of Faculty of Engineering, Alexandria University.

https://doi.org/10.1016/j.aej.2018.02.003

accurately. Localization can be done in two ways Type-1 and Type-2 [2]. IoT is a vision that permits individuals and things to be associated in a perfect world utilizing any path or any service [3]. The need or urge for this warehouse inventory man- agement system, it is very challenging to track, identify prod- ucts or objects in big industries. To track any product in a precise span of time it is very difficult.

The section where goods or products are stored is called the Warehouse. The prime goal of the Warehouse is to control the flow of products or items. The products must be managed cau- tiously otherwise it may affect on time, cost [4]. In the global- ization of industries, the warehouse inventory management

1110-0168 copy; 2018 Faculty of Engineering, Alexandria University. Production and hosting by Elsevier B.V.

This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

3818 B. Sai Subrahmanya Tejesh, S. Neeraja

system has its own significance because of the profits it is per- suading. Warehousing cites to the activities engaging in the storage of products on a huge scale in a precise way and accomplishing their availability whenever required. The need for a warehouse to store different types of products or goods to maintain seasonal production, seasonal demand, quick sup- ply, continuous production, price stabilization [5]. The ware- house inventory management system is a requisite approach for every warehouse. A computerized warehousing system pro- vides us less effort, more efficient and stable results are corre- lated with hand held manual system. In Warehouse there may be many zones, those zones are also called as Stockrooms. Depending upon the demand of the products, more products have to be stored. So Warehouse requires more number of stockrooms. The urge for automating the warehouses origi- nates from the fact that manual handling systems may lead to human errors which may affect the warehouse utilization.

Identification mechanism relies on AIDC (Automatic iden- tification and data capture) technology. The traditional AIDC technology is Barcode technology, which is operated by optical scanners to read labels. Barcodes are an immense adva

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采用物联网和开源框架的仓库库存管理系统

B. Sai Subrahmanya Tejesh *, S. Neeraja

SRK理工学院欧洲经委会部，印度Vijayawada社区的Enikepadu

摘要 ：

一般来说，仓库是用来储存货物或产品的。在仓库中，如果用户想要定位任何产品，这是非常困难的，因为用户必须在所有可用的仓库中手动详细的搜索，这需要大量的工作。因此, 为了避免这个问题, 仓库库存管理系统非常有帮助, 因为它维护了详细的产品信息, 告诉我们产品在哪个仓库里。仓库库存管理系统在许多基于生产和货物的方法中发挥着重要作用。虽然有许多无线通信技术，但RFID是最适合的仓库库存管理系统。标签信息在互联网的帮助下, 通过无线链路从发射机部分传输到开源硬件。开发了基于物联网架构的仓库库存管理系统，跟踪标签上的产品信息及其对应的时间戳，以便进一步验证。树莓派就像一个中央服务器，监控所有的信息。整个系统给出了一个原型来对应信息流和物流。该网页是按照为用户提供方便和界面来跟踪产品而建立的。与现有的仓库库存管理系统相比，所开发的系统成本低，工作动态好。

关键词 ：物联网，射频识别，仓库库存管理系统，无线模块，开源硬件

1 .引言

智能系统在工业、家庭、学院和其他本地环境中发挥着重要作用。在智能系统中, 本地化概念呈线性增长, 因为本地化在当代生活中发挥着至关重要的作用[1]。准确定位任何特定的物体都是很有挑战性的。本地化可以通过两种方式完成:1型和2型[2]。物联网是一种愿景，允许个人和事物在一个完美的世界中使用任何路径或任何服务进行关联[3]。这种仓库库存管理系统的需求或迫切要求，对大型行业的产品或对象进行跟踪、识别是非常具有挑战性的。要在精确的时间范围内跟踪任何产品都是非常困难的。

存储货物或产品的部分称为仓库。仓库的主要目标是控制产品或物品的流动。产品必须严格管理，否则可能会影响时间、成本[4]。在产业全球化的背景下，仓储库存管理系统因其所带来的利润而具有自身的意义。仓储是指以精确的方式大规模地储存产品，并在任何需要的时候实现可用性的活动。需要一个仓库来储存不同类型的产品或货物，以保持季节性生产，季节性需求，快速供应，持续生产，价格稳定[5]。仓库库存管理系统是每个仓库的必备方法。计算机化仓储系统与手动仓储系统相比，具有省力、高效、稳定的特点。在仓库中可能有许多区域，这些区域也称为储藏室。根据产品的需求，需要存储更多的产品。所以仓库需要更多的储藏室。由于手工处理系统可能导致人为错误，从而影响仓库的利用率，因此需要促使仓库自动化。

识别机制依赖于AIDC(自动识别和数据捕获)技术。传统的AIDC技术是条形码技术，通过光学扫描仪来读取标签。条形码是比普通文本标签取得的巨大进步，因为工作人员不再需要手动向系统输入数据。RFID技术取代了条形码技术，因为条形码扫描仪成本高，安全性低。如果标签损坏，扫描仪无法读取数据[6]。RFID标签具有比条形码更大的数据存储容量。基于大量的研究基础，RFID技术在识别系统中具有重要的意义和效率。RFID技术在仓储领域产生了一定的影响，因为它消除了行业中的风险，提高了效率，产品可以很容易的被跟踪，与此同时也消除了涉及电子产品代码盗窃的问题[7]。

物联网可以很容易地与RFID结合使用，信号的传输是基于无线通信的。为了减少无线电波的干扰，必须选择合适的RFID系统设计。物联网节点正在崛起。随着节点的迅速增加，网络变得更加复杂[8]。通过数据采集和通信能力的过程将物理对象和虚拟对象联系起来。物联网促进了传感器连接能力, 以扩展独立的服务和应用[9]。物联网分为感知层或上下文感知层、网络层、服务层[10]。在感知层，利用无线传感器网络(WSN)、传感器、RFID系统对来自物理世界的数据进行感知和聚合。在网络层，它支持透明的数据传输能力。便于高效、可靠地传输到上层。GSM、WSN、GPRS、以太网将数据从感知层传输到上层。服务层包括数据管理子层和应用程序子层。数据管理子层有助于处理复杂的数据。应用子层为物流、农业管理、产品管理等应用提供了良好的用户界面。应用程序子层轻松地展示了从源到目标的数据路由。本地化、跟踪、定位是 RFID 和物联网的主要应用。图1简要介绍了物联网领域的各种新兴应用。仓库库存管理系统为用户的产品流动提供了便利。因此，只要需要确定位置，就可以使用这个系统。

图1 物联网技术路线图

2.相关工作

仓库库存管理系统必须考虑许多具有挑战性的方面，因为在现实世界中，室内原生栖息地受区域大小的限制。精度说明了从预测位置到实际位置或原始位置的波动。因此，系统的精度应该是高的，在一个精确的范围内。产品跟踪系统是据此建立的，即使没有直接的视线也必须准确工作。成本总是需要注意，因为为广泛的使用者应用程序实现系统一定不能导致高成本。系统必须实时处理产品的跟踪数量，因此必须稳定成本。灵活性是一个重要的挑战，因为所开发的系统将给予不同的跟踪项目，并略有改动。这个系统应该为用户提供服务，但不能破坏他们的日常生活[10]。用户使用该系统必须很方便以及非常舒适，但许多现有的系统提出的定位结果基于被跟踪产品的坐标[11]。

这些对象可以在室内和室外环境中识别，下面讨论几种可以采用的技术。GPS (全球定位系统) 在室外环境下非常适合跟踪对象，但GPS系统在仓库环境中并不适合跟踪或定位产品，因为它在室内环境下精度降低和接收卫星信号较差[12]。要跟踪的对象是在基于纬度和经度位置的虚拟地图上构造的。如果在部署系统时保证信号强度是无偏的，GPS性能就会下降。惯性导航系统(INS)用于物体的定位和跟踪，但该系统仅适用于室外环境[13,14]。传感器是检测信号并告诉系统接收到的信号的设备。INS系统由于成本高、可靠性差、工作范围小而受到限制。蓝牙具有可变的读取范围，其读取范围为1m /10m/50 m。如果需要更大的距离，蓝牙系统的成本就会上升。蓝牙系统的主要缺点是它有7个从站的数量限制[13-15]。

红外系统的效率范围为5-10米。红外系统价格低廉，结构紧凑，功耗低。在实时仓库工作场景中，它们容易受到光源的影响，并且还需要一个可接受的视线，以便设备之间进行通信。红外定位的基本原理是将光学传感器与室内定位接收机相连接，对红外调制的红外光束进行分析。在超声系统中，利用回波计算被跟踪物体的距离。该系统的实现成本非常高，因为超声波收发器必须安装在整个环境中。这个系统可能会对人体健康产生影响，无论是发射机还是接收机都必须有一定的视距，要求对系统进行庞大的安装和维护，这是非常具有挑战性的。全球导航卫星系统可以适用于室外和室内环境。它与全球定位系统相似，当信号退化时，建议使用高电阻全球导航卫星系统来克服这一问题[13-15]。有源蝙蝠是一种不同的超声波定位系统，它们需要可移动的有源蝙蝠标签，将超声波脉冲传输到安装在天花板上的固定超声波接收器。该系统对健康有影响，系统的维护费用很高。locato系统是一种基于无线电的定位系统，主要适用于接收到足够的卫星信号的地方。该系统有一个名为localatile的收发单元和一个名为locato的独立接收器。要形成一个网络，系统至少需要四个位置。该系统的缺点是仰角低，容易受大气层中不同信号干扰。

RFID代表射频识别。在蓝牙、红外线、超声波、摄像机、RFID 等无线通信技术中。RFID因其成本低、鲁棒性强、易于集成到任何应用领域而成为最佳选择[15]。图2是任何基本RFID系统的表示。RFID的工作原理是揭示电磁信号。RFID系统由标签和阅读器组成，根据我们的应用程序可以选择标签[16]。RFID技术是建立在对磁耦合感知的基础之上的，假设电流在一个电路中流动，通过在电路之间的缝隙中形成的磁场，可以在另一个电路中产生电流流动[17]。RFID阅读器可以根据唯一的识别号轻松识别RFID标签，这也是RFID在识别和跟踪方案中被大量使用的原因[18]。RFID标签主要分为主动标签、被动标签和半被动标签三部分[19]。在上述标签中，被动标签以其体积小、功耗低、成本低、无干扰等优点在许多应用中发挥着重要作用，可以在恶劣的环境下工作[20]。被动标签中的电路正是由读取器的载波信号驱动的。被动标签在通过电磁区时被激活。主动和半被动的标签都有自己的电池，而且尺寸更大，很难处理。根据类型和需要，标签应用于特定的应用程序[21]。虽然RFID有很多应用，但是将RFID应用于仓库库存跟踪是最适合该应用的[22]。RFID具有多种应用，如对人的位置识别、创伤中心的医疗资产、根据贴在仓库中的标签对产品进行区分等[23,24]。因此，RFID技术最适合独特地跟踪和定位对象。

图2 RFID系统的组件

3.用于系统实现的硬件模块

图3为所实现的系统框图，下面讨论所使用模块的详细描述。

图3 实验装置框图

3.1射频识别系统

仓库库存管理系统是RFID技术的应用之一，因为RFID可以唯一地识别带有标签的产品或商品。RFID阅读器em-18用于读取125千赫的标签。RFID阅读器的工作电压为5v。阅读器有两个基本目标:首先阅读器发送载波信号，然后从阅读器附近的任何标签接收响应。RFID阅读器发出短距离无线电信号，由RFID标签拾取并触发标签。两个RFID阅读器em-18被安装在仓库1和仓库2的开头，以读取标签。RFID em-18在UART上工作。em-18 RFID阅读器与NodeMcu ESP8266接口连接，采用Arduino IDE编程。被动式标签贴在产品或商品上，以唯一地识别它们。只要RFID阅读器扫描标签，标签就会传回一小串数据。相对于主动和半被动标签，125千赫被动标签因其成本低、功耗低、无干扰效果而更受欢迎。标签的唯一ID包含12个字节的数据0D0021A8D256。最后两个数字表示校验和，校验和是前十个字节的XOR操作的结果。读取器扫描的数据用于解码标签IC中的编码数据，数据通过NodeMcu ESP8266发送到Raspberry Pi 3中央服务器。

3.2ESP8266-01 Wi-Fi模块

ESP8266-01是一个串行设备，一个低成本的模块与完整的堆栈TCP/UDP，它给任何微控制器的Wi-Fi设施。Esp8266-01 Wi-Fi模块与树莓派3接口连接。所有的Esp8266都连接到公共Wi-Fi接入点，并在互联网的支持下在其中传输数据。假设从第2储藏室连接的RFID读取器收集的数据由NodeMcu 收集, 并借助其中存在的 Wi-Fi 模块 Esp8266-12e, 从发射器部分将数据发送到附加到Raspberry Pi 3, 因此数据被安排在 web 服务器的表中。

3.3 NodeMcu ESP8266-12e Wi-Fi开发板

NodeMcu是一个开放源码的物联网平台，其中部署了ESP8266-12e Wi-Fi模块。它支持USB微端口编程NodeMcu。em-18模块与NodeMcu ESp8266接口连接，数据从em-18 RFID阅读器发送到NodeMcu。它的工作电压为5v，但ESP8266-12e模块需要3.3V的电压转换，所有的电压转换所需的电路都保存在NodeMcu板上。NodeMcu可以通过Arduino IDE进行编程，并且AT命令可以很容易地集成在一起，这使得编码更加简单。NodeMcu可编程为STA模式和AP模式两种模式。为了简单起见，Nodemcu是在STA模式下编程的。

3.4树莓派3

在这个仓库库存管理系统中，树莓派3起着至关重要的作用，因为它是维护数据库中所有产品或商品细节的主要代理。来自仓库的数据是在树莓派3中收到的, 并得到了附加的 ESP8266 的帮助。搜索字段中的用户键入标记号, 并从数据库中查询标记号。树莓派3在这里也作为一个web服务器。树莓派3是用Python语言编程的。树莓派3的工作电压为5V。Raspbian是基于Linux的操作系统，在树莓派3上运行。

4.系统实现方法

实施的方法是为了在仓库中有效地生产和更好地识别货物。仓库的基本需求是存储不同类型的产品。所开发的系统可有效地监控产品的流动和存储。在上述各种定位技术中，RFID技术因其成本低、鲁棒性好、灵活性强而成为最理想的跟踪技术。RFID可以成功地与物联网相结合。图4为发射节点，图5为接收节点。因此，图4和图5描述了所实现系统的硬件实验设置。

图4 仓库1和仓库2的发射节点 图5 所实现系统的接收节点

这里在仓库库存管理系统的实现中，分为两个仓库，分别是仓库1和仓库2。为了演示该系统，需要两个发射机部分和一个作为中央服务器的接收机部分。每个RFID标签都有一个唯一的识别号，RFID阅读器有一个地址。被动标签是首选的，因为它们具有较少的干扰效果，维护成本更少，更灵活，因为它可以粘附在现实世界中的任何物理对象上。在这个系统中，被动标签被贴在产品或商品上。这里使用的两个发射器部分类似于仓库1和仓库2。两个发射机部分采用RFID阅读器em-18, NodeMcu ESP8266 Wi-Fi开发模块。每个发射机部分都有自己的RFID阅读器em-18和NodeMcu ESP8266-12e。仓库1和仓库2发射器部分的数据在一个非常低成本的Wi-Fi模块ESP8266-01的帮助下，通过无线连接发送到作为中央服务器的树莓派3中。每个仓库都将按照讨论的实验设置进行布置。一旦RFID读取器em-18扫描其范围内的被动RFID标签, 在NodeMcu ESP8266-12e Wi-Fi开发模块的帮助下, 标签的详细信息就会被收集起来, 因为 NodeMcu在站模式下进行编程, 以便NodeMcu Esp8266-12e模块可以连接到任何本地/家庭Wi-Fi。NodeMcu ESP8266中部署了ESP8266-12e模块。在中央服务器接

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