胡琛 張苗苗

摘 要 在自動分揀集中識別中，由于RFID系統(tǒng)的閱讀區(qū)范圍過大而且有效閱讀邊界模糊，會出現(xiàn)多個電子標簽同時被讀取，而導致分揀出錯。本文通過研究電磁屏蔽原理以及屏蔽材料，提出利用電磁屏蔽解決RFID系統(tǒng)的天線閱讀區(qū)邊緣識讀率不穩(wěn)定現(xiàn)象，并設計出了一種簡單的屏蔽箱，對其效果進行測試，實驗結果證實了此理論。

關鍵詞 集中識別；RFID；電磁屏蔽

引言

RFID可以在非接觸、運動狀態(tài)下多目標自動識別，這一優(yōu)勢在物流行業(yè)相當適用[1]。尤其是物流倉庫中的入庫、自動分揀等運動狀態(tài)下的物流信息采集過程，貨物需要在運動狀態(tài)下被識別，RFID技術能夠達到此目的，因此RFID的性能直接影響了物流各個環(huán)節(jié)的信息采集的準確性。

通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)國外的物流行業(yè)已較早地使用了RFID，但國內仍在起步階段。1996年許勝余總結分析物流行業(yè)的自動分揀技術，經歷了人工分揀、機械分揀和自動分揀的三個過程[2]。2008年肖筠、張小強結合RFID技術，設計了快遞物流配送系統(tǒng)，在分揀系統(tǒng)的入庫傳送帶的始端設置一個閱讀器[3]。2013年孫勇軍的基于RFID技術的郵區(qū)中心局總包生產作業(yè)流程設計中，由于還是處于理論階段，并沒有利用RFID進行信函分揀，分揀過程中，安置于格口內的RFID接收器掃描放入的信件是否為本格口信息，不是則報警，提醒分揀人員剔出[4]。

可靠的RFID識讀率是RFID技術應用于自動分揀系統(tǒng)成功的關鍵。經研究發(fā)現(xiàn)在自動分揀集中識別中，由于RFID系統(tǒng)的閱讀區(qū)范圍過大而且有效閱讀邊界模糊，會出現(xiàn)多個電子標簽同時被讀取，而導致分揀出錯。調整天線方向和改變閱讀器的發(fā)射功率雖能夠改變天線有效閱讀區(qū)的大小，但是有效閱讀區(qū)的邊緣識讀率不穩(wěn)定。不穩(wěn)定的識讀區(qū)過大，會導致標簽讀取順序和位置不一致，即先進入閱讀區(qū)的有可能被后讀取，這會使分揀信息出錯[5]。

本文根據(jù)電磁屏蔽原理，設計出了一種簡單的屏蔽箱，利用屏蔽箱改變RFID系統(tǒng)閱讀區(qū)的形狀，進而解決了閱讀區(qū)邊緣識讀率不穩(wěn)定現(xiàn)象，保證閱讀器一次只能讀取一個標簽，為RFID技術在自動分揀集中識別中的應用提供了技術支持。

1 電磁屏蔽原理

RFID是依靠電磁波通訊的電子通信技術，在復雜的應用環(huán)境下，會受到一定的電磁場干擾[6]。

電磁屏蔽原理和光入射玻璃發(fā)生的反射和折射而損耗的原理很相似。電磁屏蔽是利用屏蔽體的發(fā)射、衰減等使得電磁輻射場源所產生的電磁能流不進入被屏蔽區(qū)域[7]。屏蔽材料屏蔽電磁傳播，通常用三種不同的原理使電磁波衰減：①未被反射部分，進入屏蔽體被吸收損耗；②在入射表面的發(fā)射損耗；③在屏蔽體內部發(fā)生多重反射而損耗。

2 屏蔽測試實驗

2.1 測試平臺

搭建RFID系統(tǒng)的測試環(huán)境，建立RFID測試平臺，為RFID的性能測試提供了必要的保障。為了實驗屏蔽材料對天線閱讀區(qū)的影響，裝備屏蔽箱體，通過吸收、反射和多重反射電磁波，而將閱讀區(qū)的邊界變得明確。

RFID測試環(huán)境主要包括三個方面：①硬件設備：固定式閱讀器、閱讀器天線、電子標簽（含紙質標簽、抗金屬標簽）、膠帶輸送機、紙箱；②測試軟件：RFID系統(tǒng)測試軟件。③屏蔽材料：本實驗的屏蔽箱體采用304不銹鋼作為屏蔽材料，304不銹鋼是一種韌性高、加工性能好的常用工業(yè)材質。因含有18%的鉻以及8%以上的鎳，具有高達1.37的電導率和較低的磁導率，所有較高的反射損耗，304不銹鋼的屏蔽效能優(yōu)良，大于80dB。

屏蔽箱體是一個多處開了口的長方體箱體，底部完全開口，貨物運行的方向兩側開口大小完全相同，能滿足實驗貨物通過，箱體頂部正中開口，大小剛好能容納RFID天線，為了保證一定的物理強度，以及良好的屏蔽效果，屏蔽箱體厚度為1mm。

2.2 屏蔽測試內容

為測試屏蔽設備對實驗效果的影響，進行以下幾組實驗：

（1）在不裝備屏蔽箱體的情況下，固定傳送帶速度為1m/s和閱讀器的發(fā)射功率15dBm，分別測試兩種標簽間距在10cm、15cm和20cm時的動態(tài)識讀率。

（2）在安裝屏蔽箱體的情況下，固定傳送帶速度為1m/s和閱讀器的發(fā)射功率15dBm，分別測試兩種標簽間距在10cm、15cm和20cm時的動態(tài)識讀率。

2.3 測試實驗

實驗一：將標簽粘貼在尺寸大小一致的紙箱上，并保證標簽在紙箱上的相對位置一致。不裝備屏蔽箱體，固定發(fā)射功率15dBm，在傳輸帶1m/s的速度下，測試標簽不同間距下識讀情況，當先進入識讀區(qū)的標簽被先讀到，后進入識讀區(qū)的標簽后被閱讀則視為成功的閱讀，否則稱為失敗。貼有標簽的紙盒從遠處，隨著傳送帶進入閱讀區(qū)，設置標簽間距為10cm、15cm、20cm三組情況，每組測試100次，測試標簽間距對RFID連續(xù)識讀的影響，兩種標簽的連續(xù)識讀成功率和間距關系。

實驗二：在上述的測試平臺的基礎上增設一個屏蔽罩，其他條件不變，測試三組數(shù)據(jù)。

通過數(shù)據(jù)分析，在15dBm的發(fā)射功率下，不同間距下的識讀成功率不同，間距越大集中識讀的成功率越高，間距越小集中識讀的成功率越低，其中抗金屬標簽比紙質標簽測試時的整體成功率高。在沒有安裝屏蔽箱時，識讀區(qū)邊緣的不穩(wěn)定區(qū)域很大，當相鄰標簽間距大于不穩(wěn)定區(qū)范圍時，集中識讀才具有較高的成功率。

對比兩個實驗，在安裝屏蔽箱后，集中識讀的成功率整體得到了提高，當標簽間距在10cm時，成功率最低的紙質標簽已經達到了83%；當標簽間距在15cm時，抗金屬標簽的成功率達到了100%，而紙質標簽的成功率也達到98%；當標簽間距在20cm時，紙質標簽和抗金屬標簽的連續(xù)識讀成功率都達到了100%。

在自動分揀系統(tǒng)中，貨物的間距是影響分揀效率的一項重要指標。當今的大部分自動分揀系統(tǒng)中，貨物之間的間距在15cm左右。從測試結果可知，通過增設屏蔽設備有達到成功率100%連續(xù)識讀的可能。

3 結論與展望

本論文對RFID技術在自動分揀集中識別中的應用進行了測試研究，通過測試分析，確定了增加屏蔽設備可以解決RFID在自動分揀集中識別中的天線有效閱讀區(qū)的邊界問題。不但對RFID在自動分揀集中識別中的應用具有指導意義，對RFID技術的應用推廣也具有示范借鑒意義。

本論文通過增加屏蔽箱體，提高了集中識別的成功率，改善了天線的閱讀區(qū)。屏蔽測試結果顯示：安裝屏蔽箱體后測，當標簽間距10cm時，紙質標簽識讀成功率提高了28%，抗金屬標簽的識讀成功率提高了32%；當標簽間距15cm時，紙質標簽識讀成功率提高了40%，抗金屬標簽識讀成功率提高了36%；當標簽間距20cm時，紙質標簽識讀成功率提高了30%，抗金屬標簽識讀成功率提高了20%。

雖然本論文為模擬自動分揀集中識別做了相關研究，取得了一些進展，但是所做的工作僅僅是一個初步的探索，由于研究水平和條件限制，本文的研究工作也存在一些亟待改進解決的問題，如在研究屏蔽設備對RFID閱讀區(qū)的影響時，只做了簡單的測試研究，并沒有從原理上定量的分析屏蔽后的電磁場的分布情況。今后還需要在該方面做深入的研究。

參考文獻

[1] 孫光付.RFID及其在物流配送中的應用[D].武漢：華中科技大學，2005.

[2] 許勝余.自動分揀系統(tǒng)及其應用[J].物流技術與應用，2002，（03）：33-39.

[3] 肖筠，張小強.基于RFID的快遞物流配送系統(tǒng)設計[J].經營管理者，2008，（1）：17-20.

[4] 孫勇軍.基于RFID技術的郵區(qū)中心局總包生產作業(yè)流程設計[J].郵政研究，2013，（02）：14-16.

[5] A.Lehto，J.Nummela，L.Ukkonen，L.Syd?nheimo，and M.Kivikoski.Passive UHF RFID in paper industry：Challenges，benefits and the application environment [J].IEEE Trans. Autom.Sci.Eng，2009，（1）：66-79.

[6] 焦重慶，牛帥.開孔矩形腔體的近場電磁屏蔽效能研究[J].物理學報，2013，（11）：234-242.

[7] 趙靈智，胡社軍，何琴玉，等.電磁屏蔽材料的屏蔽原理與研究現(xiàn)狀[J].包裝工程，2006，（02）：1-4.

作者簡介

胡?。?990-），男，天津市人；畢業(yè)院校：天津科技大學，專業(yè)：物流工程，學歷：碩士研究生，現(xiàn)就職單位：天津科技大學，研究方向：物流工程。