实现物流和零售自动化的解决方案

实现大规模的物流自动化转型

由于空间利用率低、产品转运和运输流程中的多种低效问题，一般仓库或配送中心的运营效率仅在80%至85%之间。此外，近期对仓库自动化运营经理的一项调查显示，目前只有20%的仓库实现了自动化。然而，预计到2027年，这一比例将激增至90%以上，未来五年将迎来大规模投资浪潮。
 
这种大规模的物流自动化转型将依赖于资产跟踪、机器视觉，以及物体尺寸测量等关键应用来实现。要确保货物在供应链中高效流动，必须使用先进的条形码扫描仪和手持计算设备。这些设备不仅要实现越来越多的高级功能，还需具备小巧的外形设计，同时保持电池供电的便捷性，这些正是OEM面临的设计挑战。
 
物流公司越来越重视实现积极的可持续发展目标，为了实现这些目标，公司不仅利用电动汽车实现车队现代化改造，还加大对物流供应链全方位自动化的投资。其中一个关键环节是在物流周期的起始阶段实施物体、包裹及托盘的尺寸测量。这些信息有利于下游环节提升规划效率，从而优化配送车辆和货运集装箱的利用率。再结合车内／集装箱资产跟踪技术，还能在整个配送过程中实现端到端产品跟踪，不仅有助于减少产品错放造成的失误，还可有效提升物流的安全性与可靠性。

自动数据采集扫描仪是实现自动化转型的关键技术

自动数据采集（ADC）是实现自动化转型的关键技术，ADC设备包括简单的条形码扫描仪和更复杂的手持计算机等。扫描仪通常用于物流运输、库存跟踪、订单履行和制造领域的产品跟踪。虽然这些设备执行的任务相对简单，但设备必须采用坚固耐用的设计，在确保安全可靠的同时，还必须能够适应许多不同的工作环境。扫描仪的关键要求首先要求具备快速充电能力，可以让设施使用更少的电池和充电器维持手持设备的运行，从而显着降低总体资本投入，并确保电池能够精准充电，因为完全充满不仅能最大限度提高电池利用率，还可减少因多余充电周期带来的资源浪费。
 
此外，还须改进边缘节点验证功能，据估计，约5%至7%的电池为克隆品。这些克隆电池可能在充放电过程中引发安全隐患，并导致运营中断，从而造成收入损失。另一方面，意外掉落可能会使手持设备受损，集成高g加速度计可检测设备是否发生跌落以及潜在损坏情况，防护保固对手持设备来说格外重要。
 
由于自动化环境往往嘈杂而混乱，对于在用户界面上具有音频功能的设备，需要通过高品质音频放大器进行动态扬声器管理（DSM），以提升扬声器的输出效果，做到既能在小型扬声器中保持清晰音质，又能尽可能提高输出功率，同时减少电量消耗。此外，内置自动物体尺寸测量的手持设备，能够感知物体与产品并测量其尺寸，可以提供关键信息，显着优化物流运输并提高下游效率。

智能电池电量计可实现快速、准确且安全的充电

对于电池供电的手持设备，电池电量计是一个重要功能。假设一个仓库24小时全天候运营。设备上的电池电量计有10%的误差，这意味着一块可以使用8小时的电池在仅运行7.2小时后就会标记为已耗尽电量，实际电量尚未完全消耗。与精确的电量计相比，这相当于每台扫描仪每年将多出120次以上的电池更换操作。精准充电能够延长手持设备的工作时间，充分利用每块电池的剩余容量，延缓更换电池的频率。在设备众多且规模庞大的仓库中，这一改进的累计效益尤为显着，可大幅降低总体运营成本。
 
电量计可通过两种方式实现，包括主机端或电池端。在主机端系统中，简单的电池包连接到主机充电器，主机充电器中的应用处理器与连接到主机端的电量计IC进行通信。这种架构适合采用嵌入式电池的系统，或者使用寿命较短（仅需数年）的可拆卸电池系统，同时也适合成本敏感型应用。相反地，在电池端系统中，电池包内置电量计IC。这种架构适合使用寿命较长的可拆卸电池系统。通过在电池包首次装入手持设备时进行验证，该方法还能有效实现电池的安全认证。
 
传统的电量计方法主要基于库仑计数器，即通过检测电阻来测量充电和放电电流以估算电荷流量，或者基于开路电压（OCV）测量来估算剩余电荷（例如，4.2 V对应100%电荷，2.8 V代表电量耗尽），或者结合使用这两种方法。这两种方法各有缺点，像是库仑计数器随着时间的推移会积累偏置，因此需要在电池完全放电或无负载时进行误差重置，电压计设备则依赖于电池的开路电压。然而，典型电池放电曲线呈现平坦特性，因此很难确定开路电压。此外，负载条件对此也有很大的影响。此外，库仑计数器和电压计设备本身不考虑内部自放电、电池老化或温度，而这些因素都会显着影响电池的充电状态。

使用两种独立算法的先进传感技术

为了提高精度，需要更先进的传感技术。例如，ADI公司的ModelGauge™系列通过使用两种独立的算法来准确评估电池的充电状态，从而提供精确的电量计数据：ModelGauge和ModelGauge m5。
 
ModelGauge用百分比表示充电状态。该算法在不断开负载的情况下估算负载条件下的OCV。OCV使用实时仿真进行计算，以电池电压作为输入并结合电池的动态参数，该方法在0℃以上的温度下提供良好的准确性。
 
ModelGauge m5则是一种相当精密的算法，它提供的数据不仅仅是充电状态，还包括绝对容量（单位为mAh）、电量耗尽所需的时间、充满电所需的时间、电池年限、寿命预测以及有关电池的其他详细信息。该算法测量电压、电流和温度。因此，它能够在所有工作条件下实现准确测量，包括低温或高负载等复杂的条件，该算法适用于主机端和电池端实现。
 
ADI提供大量带有集成保护器和认证器的电量计设备，适合主机端（MAX1726x系列）和电池端设计（MAX17201/MAX17211和带自放电检测器的MAX17300/MAX17310）。对于较大的2S节及以上电池，ModelGauge（MAX17049）和ModelGauge m5（MAX17261/MAX17263）均可用于集成充电器（线性：MAX17330/MAX17332或降压：MAX77840/MAX77818），以提供单芯片电池管理系统。
 
对于需要使用USB充电的设备，ADI提供AccuCharge®技术，利用标准USB BC1.2和更先进的USB-C功率传输（PD）新型充电技术，为电池充电提供完整的信号链。例如，MAX77757和MAX77787提供符合JEITA充电配置的自动Type-C和BC1.2检测。所有配置使用电阻或数字输入引脚完成，并优先考虑电阻设置，确保在电池电量耗尽的情况下正确启动。所有器件均已内置USB检测功能，围绕这些设备设计的架构可实现无固件设计过程。这些器件的集成度高，因此最终设计更加小巧、更加高效。例如，通过改善热管理，系统可以更快、更高效地充电，同时，外形尺寸缩小34%，有利于实现紧凑的可穿戴设计。
 
对于15 W以上的充电功率，ADI提供USB-C PD系统，将MAX77958PD控制器与支持AccuCharge技术的MAX77985/MAX77986充电器（适用于1节电池）或MAX77960/MAX77961充电器（适用于2节及以上电池）相结合。MAX77958 PD控制器提供完全兼容的USB-C PD3.0充电器控制、自动电缆方向和电源角色检测功能，以及用于控制充电器的I2C主接口。
 
MAX77985/MAX77986可提高USB-C PD电池供电设备的效率，考虑到手持计算机和移动扫描仪中每天要多次更换电池包，高速充电意味着可减少停机时间。内置高效、集成控制器和充电器的充电设备可通过USB-C PD实现高性能充电。这样一来，电池包充电速度加快，而温度却不会升高，从而尽可能减少电池压力，大幅延长电池工作寿命。通过这些架构，OEM可以提高使用单节锂电池和多节电池（适合较高电压用例）的应用效率。
 
设计电池供电设备时，防止假冒伪劣则是必须要考虑的一个重要问题。各行各业都需要大量高价值的电池，因此对造假者而言，电池是一个有利可图的目标。假冒电池的制造标准通常不高，因此，它们发生内部短路的风险更高，危险的短路会造成热失控，产生连锁效应，导致冒烟或火灾事件。
 
智能电池电量计电路可提醒系统发生内部短路并切断电池，从而避免潜在问题。此外，带有电池端智能电量计的系统可以使用电量计来验证电池真伪。电池和设备共享一个密钥，使电池能够在安装时向设备验证其真实性。如果确定电池未经认证，设备可以阻止运行并避免使用假冒电池可能引起的潜在安全问题。

结语

在数字化与智能化浪潮的推动下，物流与零售产业正加速迈向高度自动化与精准运营的新阶段。通过整合传感技术、边缘运算、人工智能与实时数据分析，不仅能有效提升仓储管理效率与配送准确性，亦可优化库存结构并强化顾客体验。未来，随着自动化设备与系统互联能力的持续进化，企业将能建构更具弹性与韧性的供应链体系，在面对多变市场需求时保持竞争优势，真正实现高效、低成本且可持续发展的智能物流与零售生态。
 
ADI提供大量高精度电池电量计器件，这些器件具有附加电池保护和验证功能，并使用160位密钥进行SHA-256安全验证，以防止电池克隆。电量计IC会先在工厂使用安全密钥进行编程，再发运给电池制造商进行电池包的最终组装，这些产品将成为实现物流和零售自动化的关键解决方案。