采用有源RFID的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1 引言

我國(guó)倉(cāng)庫(kù)管理的現(xiàn)狀不容樂(lè)觀(guān)，大多數(shù)倉(cāng)庫(kù)還停留在比較原始的人工管理階段，需要投入大量人力成本來(lái)對(duì)倉(cāng)庫(kù)中貨物和進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)的車(chē)輛、集裝箱的信息進(jìn)行登記管理，這樣不但造成人力資源的浪費(fèi)，而且有較高的出錯(cuò)率。 倉(cāng)庫(kù)管理是物流管理中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

　　近年來(lái)，一些先進(jìn)的現(xiàn)代化管理技術(shù)被引入到國(guó)內(nèi)，如建立數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)保存貨物信息，被動(dòng)式的電子標(biāo)簽也被嘗試應(yīng)用于貨物信息登記之中。但是上述技術(shù)還是需要較多的人工操作，特別是信息的采集過(guò)程，需要通過(guò)一些手持式設(shè)備，來(lái)進(jìn)行貨物和車(chē)輛的信息登記。

　　無(wú)線(xiàn)射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)(Radio FrequencyIdentification，俗稱(chēng)電子標(biāo)簽)是全球物流領(lǐng)域最新的應(yīng)用技術(shù)，把RFID本身的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)與倉(cāng)庫(kù)管理的需求相結(jié)合，可以很好地解決目前倉(cāng)庫(kù)管理中的問(wèn)題，提高工作效率。本文結(jié)合有源RFID 技術(shù)，通過(guò)對(duì)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境的實(shí)地考察，設(shè)計(jì)了從硬件到軟件的架構(gòu)系統(tǒng)，利用RFID 和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了一套具有實(shí)際使用價(jià)值、高效且低成本的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)。

2 RFID技術(shù)概述

　　RFID 技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)射頻方式在射頻讀寫(xiě)器和射頻標(biāo)簽之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的。識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，反應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽。具有快速自動(dòng)掃描、體積小、信息容量大、耐久性強(qiáng)、可重復(fù)使用、安全保密性高、便于攜帶等特點(diǎn)。

　　根據(jù)實(shí)現(xiàn)的方式不同，RFID 可分為兩類(lèi)：有源RFID和無(wú)源RFID。無(wú)源RFID 的電子標(biāo)簽上不帶電池，其工作所需要的全部電源都依靠轉(zhuǎn)換接收到的閱讀器發(fā)送的電磁波而獲得，所以其閱讀器的發(fā)射功率一般較大。與之相反，有源RFID 的電子標(biāo)簽自身具備電池，可提供全部器件工作的電源，因而相應(yīng)閱讀器的發(fā)射功率要求不高，而且有效閱讀距離也較前者有所增加。本文提出的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，考慮到有源RFID的上述優(yōu)點(diǎn)，基于此技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

3 倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)

3．1倉(cāng)庫(kù)管理概述

　　目前的倉(cāng)庫(kù)管理主要分成三部分：一是進(jìn)出貨物信息的記錄和管理：二是進(jìn)出車(chē)輛(集裝箱)的相關(guān)信息的記錄；三是倉(cāng)庫(kù)內(nèi)集裝箱的定位。對(duì)于前兩部分的需求，目前絕大多數(shù)的倉(cāng)庫(kù)還是采用人工記錄的方法，造成人力成本和出錯(cuò)率高等問(wèn)題。本文所提出的基于有源RFID 的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)主要用于滿(mǎn)足第一、第二部分的需求，可以有效地提高倉(cāng)庫(kù)管理的效率。

3．2系統(tǒng)架構(gòu)

　　整個(gè)倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)如圖11所示。倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的貨物都是由貨車(chē)裝載，通過(guò)倉(cāng)庫(kù)大門(mén)運(yùn)入倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的。貨物有時(shí)放置在集裝箱內(nèi)，因此，本系統(tǒng)中的RFID移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，即標(biāo)簽，通常安裝在貨車(chē)(集裝箱)內(nèi)。由于任何貨物進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)都必須經(jīng)過(guò)大門(mén)，因此RFID固定節(jié)點(diǎn)，即讀卡器，被安裝在倉(cāng)庫(kù)大門(mén)上，它與客戶(hù)端PC機(jī)通過(guò)USB線(xiàn)相連接。同時(shí)，PC客戶(hù)端又通過(guò)覆蓋整個(gè)倉(cāng)庫(kù)的2．4G無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)與作為服務(wù)器端的PC機(jī)相連接，而作為服務(wù)器端的PC 機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的總控制臺(tái)。讀卡器收到的信息通過(guò)PC客戶(hù)端最終返回給PC控制臺(tái)。

3．3硬件設(shè)計(jì)

　　節(jié)點(diǎn)的硬件框圖如圖2。其中控制芯片和射頻芯片分別選用Silicon C8051 F31 0 和ChipconCCI 1 O0。其中RFID 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)安裝了FreescaleMMA726O加速度傳感器，用來(lái)獲取貨車(chē)(或集裝箱)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)還利用MCU 內(nèi)部1 6KB大小的Flash儲(chǔ)存貨物信息。同時(shí)，RFID固定節(jié)點(diǎn)安裝了FT232串口轉(zhuǎn)USB芯片，用于和控制臺(tái)通過(guò)USB接口通訊。電源方面，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)采用11 00mA手機(jī)電池供電，固定節(jié)點(diǎn)采用外接電源供電。

　　本系統(tǒng)中RFID讀卡器和標(biāo)簽之間的通訊頻率設(shè)置在433MHz，而是常見(jiàn)的2．4GHz。采用433MHz作為射頻芯片通訊頻率，基于以下考慮：433MHz頻率對(duì)傳輸環(huán)境要求較低，由于本系統(tǒng)是在倉(cāng)庫(kù)中使用，考慮到倉(cāng)庫(kù)有大量的貨物堆放，和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可能被安裝在車(chē)輛(或集裝箱)內(nèi)，因此對(duì)于傳輸?shù)拇┩感砸筝^高。相比之下，2。4GHz更適合在空曠地點(diǎn)傳輸。另外，本系統(tǒng)對(duì)于傳輸?shù)木嚯x(1 00米左右)和速率的要求都不高，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量后433MHz頻率完全可以勝任。

4 軟件設(shè)計(jì)

4．1軟件體系結(jié)構(gòu)

　　RFID節(jié)點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。這里引入無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(wSN)中物理層和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控~J(MAC)層的概念，是將WSN技術(shù)與RFID技術(shù)的一種融合。通過(guò)構(gòu)建這兩層協(xié)議棧，可以使RFI D系統(tǒng)具有更清晰的軟件體系結(jié)構(gòu)。