楊洋

[摘要]針對RFID倉儲管理系統(tǒng)中手動盤點貨物出入庫問題，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計方案。分析了系統(tǒng)的總體架構(gòu)，重點介紹了自動盤點出入庫設(shè)備一一固定式讀寫器，詳述了其實現(xiàn)原理、設(shè)計思想、測試環(huán)境以及測試結(jié)果，并分析了影響系統(tǒng)效率的因素。系統(tǒng)解決了倉儲管理系統(tǒng)中出入庫效率低的問題。但在安全性及規(guī)范性方面，還需要進(jìn)一步探索。

[關(guān)鍵詞]UHF；RFID；倉儲；固定式讀寫器

[中圖分類號]：TH692.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0149-02

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，因其巨大的應(yīng)用前景，越來越受到各國政府、學(xué)術(shù)和工業(yè)界的重視。RFID（Radio Frequency IdentificatiON，射頻識別[1]）作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也倍受重視。RFlD技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。與傳統(tǒng)的識別方式相比，具有不易污染、磨損、劃傷，以及標(biāo)簽本身是無源件、體積小、耐用可靠、操作迅速方便等優(yōu)點，正被廣泛地應(yīng)用于公路收費、考勤、門禁、餐廳記賬及身份識別等系統(tǒng)中，給人民生活帶來了前所未有的方便。

隨著RFID技術(shù)的成熟，部分企業(yè)已經(jīng)開始嘗試將RFID技術(shù)引入倉儲管理中，但倉儲管理技術(shù)還不夠完善，大多數(shù)企業(yè)和單位的倉儲管理主要是基于相對規(guī)范的手工作業(yè)及電腦半自動化管理實現(xiàn)的。這種方式需要投入大量人力進(jìn)行規(guī)范物品的放置、定期整理盤點以及出/入庫登記等工作，這使得倉儲管理問題十分繁瑣，浪費大量時間。

針對倉儲管理，提出了基于UHF RFID的倉儲管理系統(tǒng)。系統(tǒng)由管理系統(tǒng)、桌面發(fā)卡器、手持機(jī)和固定式讀寫器組成，攬括了貨物入庫、分揀、查詢、出庫等一系列倉儲操作，見圖1所示。桌面發(fā)卡器負(fù)責(zé)初始化標(biāo)簽工作；手持機(jī)負(fù)責(zé)對貨物的分揀、查詢、審核、矯正等工作；固定式讀寫器負(fù)責(zé)貨物的出庫、入庫工作。

由于固定式讀寫器使用場景固定，而成功率要求極高，在實際的使用中，無法滿足用戶需求，因此用戶量極少，用戶大多使用手持機(jī)代替固定式讀寫器一一完成貨物入庫、出庫操作。當(dāng)貨物量大時，使用手持機(jī)入庫出庫耗費的人力和時間極大。針對此種情況，本文對固定式讀寫器進(jìn)行了深入的應(yīng)用及探討。

2 固定式讀寫器系統(tǒng)概述及設(shè)計原理

固定式讀寫器由PC機(jī)和讀寫器設(shè)備組成。PC機(jī)主要提供人機(jī)交互界面，并與讀寫器進(jìn)行信息交互，將重要信息存入數(shù)據(jù)庫。

讀寫器設(shè)備由UHF模塊、天線轉(zhuǎn)接板、外接FLASH和天線組成?？紤]到設(shè)備維護(hù)、升級的方便性，系統(tǒng)將UHF模塊與MCU獨立開來，設(shè)備通過天線轉(zhuǎn)接板進(jìn)行4個天線的切換工作。

軟件設(shè)計包括四個部分：人機(jī)交互界面、中間件、讀寫器固件軟件設(shè)計和UHF模塊軟件設(shè)計。

人機(jī)交互界面：提供用戶操作界面，完成貨物入庫和出庫、在庫物品保管、在庫物品查詢、在庫物品盤點等作業(yè)。

中間件：與讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，驗證各功能正確性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)過濾、模塊管理，為人機(jī)交互界面提供簡化的API接口。

讀寫器固件：與PC機(jī)和UHF模塊進(jìn)行通信，管理UHF模塊，天線切換等操作。

UHF模塊：完成讀寫器固件要求的操作，操作標(biāo)準(zhǔn)符合18000-6C或GEN2協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 人機(jī)交互界面軟件設(shè)計

人機(jī)交互界面基于Intemet環(huán)境，采用B/S模式進(jìn)行開發(fā)。在Java EE平臺上設(shè)計并實現(xiàn)的業(yè)務(wù)包括RFlD通信管理、物品入庫管理、物品出庫管理、物品在庫管理（包括在庫物品查詢和盤點）、貨位優(yōu)化管理等模塊。使整個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲管理系統(tǒng)無縫連接，實現(xiàn)了信息采集、物品識別、后臺服務(wù)器維護(hù)及本地數(shù)據(jù)庫維護(hù)等功能。

數(shù)據(jù)過濾：主要是對用戶權(quán)限進(jìn)行限制，不同級別的用戶具有不同的操作權(quán)限。

入庫管理：安置于入庫口處的固定式讀寫器讀取貨物信息，系統(tǒng)將實際入庫信息與預(yù)入庫信息進(jìn)行比較，若出現(xiàn)錯誤，則由系統(tǒng)輸出提示信息，由工作人員解決，若無誤系統(tǒng)按最佳的儲存方式，自動分配庫位。操作人員運(yùn)送貨物到指定庫位，用手持機(jī)讀取庫位標(biāo)簽信息，核對位置無誤后把貨物送入庫位，改寫庫位標(biāo)簽內(nèi)容，最后把入庫實況發(fā)送回計算機(jī)，及時更新庫存數(shù)據(jù)庫。

倉位管理：操作人員可查詢庫內(nèi)貨物信息，并對倉儲庫位進(jìn)行優(yōu)化。

庫存管理：獲取倉儲內(nèi)庫存信息情況。

出庫管理：根據(jù)出庫計劃編制出庫單，出庫單被下載到數(shù)據(jù)手持終端，操作人員按數(shù)據(jù)終端提示，到達(dá)指定庫位，然后用手持機(jī)讀取庫位標(biāo)簽，系統(tǒng)確認(rèn)為正確庫位后，從庫位上取出指定的貨物，改寫庫位標(biāo)簽內(nèi)容。貨物運(yùn)送到出庫口處，通過門口的固定式讀寫器將信息傳人管理系統(tǒng)并與出庫單進(jìn)行對比，若無誤，則順利出庫，庫存量相應(yīng)減除，若出現(xiàn)錯誤，則由倉儲管理系統(tǒng)輸出提示。

2.2 讀寫器固件軟件設(shè)計

讀寫器固件在整個系統(tǒng)中擔(dān)任著承上啟下的作用，除了與PC機(jī)和UHF模塊進(jìn)行通信外，還擔(dān)負(fù)著天線在位檢測、天線切換、固件升級等工作。其工作流程見圖2所示。

3 測試環(huán)境搭建及結(jié)果分析

測試環(huán)境模擬了倉儲大門，使用2根鋼管分別上下固定了4個8dBi的萊爾德天線，且高位天線向地面60度傾斜，低位天線向地面30度傾斜。

小車推動貨物經(jīng)過天線輻射場區(qū)時，操作人員開始啟動入庫操作，固定式讀寫器開始搜索標(biāo)簽，并上報給PC機(jī)，人機(jī)交互界面接收到各貨物信息后進(jìn)行入庫驗貨并進(jìn)行入庫處理。

實驗以載體3秒鐘通過場區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)，固定式讀寫器發(fā)射功率為30dBm，采用NXP芯片紙標(biāo)簽粘貼于紙箱子上。

考慮在實際操作中，操作人員可能將貨物平方或者豎放的情況，從而導(dǎo)致標(biāo)簽天線輻射面與測試環(huán)境中安放的天線輻射面交叉減少，盲區(qū)增加，搜索標(biāo)簽失敗率增加，具體測試數(shù)據(jù)見圖3的曲線1和2。

在不規(guī)范操作情況下，操作人員可能會直接開著貨車進(jìn)入倉儲，而貨車四周存在擋板，會隔絕天線輻射，使標(biāo)簽無法接收信號，增加失敗率。見圖3曲線3所示。

實驗結(jié)果表明，貨物出入庫操作的成功率受各種因素影響，大致歸納如下：

（1）運(yùn)送貨物載體。部分運(yùn)送貨物載體外殼能屏蔽天線輻射信號（如卡車周圍的擋板），合理選擇運(yùn)貨載體非常重要。

（2）貨物擺放位置。由于天線輻射面存在盲區(qū)，因此貼有標(biāo)簽的貨物的擺放位置尤為重要，會嚴(yán)重影響貨物的識讀率。

（3）貨物數(shù)量及讀取時間。當(dāng)載體經(jīng)過倉儲入口時，如果貨物量大且經(jīng)過時間極短，固定式讀寫器沒有充足的時間識別所有的貨物，導(dǎo)致盤點遺漏。

（4）電子標(biāo)簽與貨物在材質(zhì)上的匹配性。根據(jù)貨物材質(zhì)，正確搭配好標(biāo)簽，盡量較少反射。

（5）數(shù)據(jù)的讀取和處理。讀取和處理速度盡可能快。

4 結(jié)束語

基于UHF RFID的倉儲管理系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的倉儲管理模式，節(jié)省了倉儲出入庫時間，減少了人工操作，提高了倉儲工作效率等。但在實際應(yīng)用中，除文中討論的問題外，還有安全、隱私等問題，需要更多的深入研究。此外，規(guī)范的倉儲作業(yè)流程、規(guī)范的管理制度、專業(yè)的操作人員等也是倉儲管理系統(tǒng)不可或缺的。相信在不久的將來，隨著RFID技術(shù)的成熟和規(guī)范，會有越來越多的企業(yè)使用倉儲管理系統(tǒng)，從而產(chǎn)生更加積極的社會效益。

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