RFID世界網(wǎng) >
技術(shù)文章 >
物流 >
正文
基于超高頻 RFID 的便攜式倉儲管理終端系統(tǒng)
作者:劉峰,王高,李仰軍,王偉
來源:RFID世界網(wǎng)
日期:2009-12-18 09:53:46
摘要:倉儲管理是物流當中的一個重要環(huán)節(jié)。提出了一種基于超高頻射頻識別(RFID)技術(shù)的便攜式倉儲管理系統(tǒng),介紹了相關(guān)硬件設(shè)備電子標簽和讀寫器的組成、工作原理。該系統(tǒng)采用ARM7作為閱讀器微控制器,采用無線局域網(wǎng)與管理服務(wù)器進行數(shù)據(jù)的實時傳輸。實驗表明,這種系統(tǒng)能準確地讀取標簽,有效地對庫存貨物進行查詢、盤庫,具有廣泛的應(yīng)用前景。
1 概述
倉儲管理在企業(yè)的整個管理流程中起著非常重要的作用,如果不能及時準確地進貨、庫存控制和發(fā)貨,將會給企業(yè)帶來巨大的損失。傳統(tǒng)的人工倉庫作業(yè)模式和數(shù)據(jù)采集方式已難以滿足倉庫管理的快速、準確要求,嚴重影響了企業(yè)的運行工作效率,成為制約企業(yè)發(fā)展的一大障礙。
基于ARM7和915 MHz超高頻段RFID的倉庫管理系統(tǒng)是在現(xiàn)有倉庫管理中引入RFID技術(shù),對倉庫到貨檢驗、入庫、出庫、調(diào)撥、移庫移位、庫存盤點等各個作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行自動化的數(shù)據(jù)采集,以保證倉庫管理各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度和準確性,確保企業(yè)及時準確地掌握庫存的真實數(shù)據(jù),合理保持和控制企業(yè)庫存。在倉庫和各經(jīng)銷管道設(shè)置固定式或便攜式RFID閱讀器,以辨識、偵測物品及其流通。
2 系統(tǒng)設(shè)計
2.1 總體設(shè)計
在物品入庫時,給每個庫存管理物品貼電子標簽,該標簽為貨物標簽。貼放標簽的物品應(yīng)該是整托盤、整箱或便于安裝標簽的大件物品。在進行庫房作業(yè)時,讀取標簽的編號,確定作業(yè)物品是否正確。為了節(jié)省運行成本,貨物標簽設(shè)計成可重復(fù)使用,在貨物出庫時取下,送到入庫處再重新使用。還需要給每一庫位貼電子標簽,該標簽稱為庫位標簽。在進行庫房管理作業(yè)時,讀取該標簽編號,就可判定當前作業(yè)的位置是否正確。
便攜式終端具有接受作業(yè)指令、確認作業(yè)位置與作業(yè)貨物是否準確、返回作業(yè)實況等功能,可以通過無線網(wǎng)絡(luò)與管理服務(wù)器進行數(shù)據(jù)的實時傳輸。例如持便攜式終端接收到管理服務(wù)器的入庫指令,可對要入庫的貨物進行掃描讀取標簽上的貨物信息,然后掃描貨物所在的庫位標簽,將兩者的對應(yīng)信息實時傳輸?shù)焦芾矸?wù)器。架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò),本系統(tǒng)中采用了IEEE802.1lb無線局域網(wǎng),實現(xiàn)所有作業(yè)數(shù)據(jù)實時傳輸。每個便攜式終端相當于網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點,管理服務(wù)器作為中心節(jié)點。管理服務(wù)器運行倉庫管理系統(tǒng)軟件,負責倉庫管理數(shù)據(jù)庫的集中管理與維護,以及進貨計劃、出庫計劃的制定和指令下達,并對庫存貨物進行查詢、盤庫,打印生成各種管理報表。
基于RFID技術(shù)的倉儲管理系統(tǒng)具有以下基本功能:① 自動地、精確地更新各種信息;② 實時查詢和追蹤貨物信息;③ 實時貨位查詢,動態(tài)分配貨位,實現(xiàn)隨機存儲,從而最大限度地利用倉儲空間;④ 實時監(jiān)控工作情況,實現(xiàn)人力、物力資源的動態(tài)綜合分配;⑤ 倉庫系統(tǒng)綜合盤點功能;⑥倉庫內(nèi)部隨機抽查盤點;⑦ 關(guān)聯(lián)客戶內(nèi)部數(shù)據(jù)查詢;⑧實時統(tǒng)計報表,匯總各類信息。
本文設(shè)計的便攜式倉儲管理終端系統(tǒng)見圖1。
2.2 硬件設(shè)計
便攜式倉儲管理終端的硬件框圖見圖2??梢詫⒂布譃锳RM 核心及外圍部分和RFID部分。
2.2.1 ARM 核心及外圍部分
該部分包括ARM 微控制器、存儲器(SRAM 和FLASH)、輸入輸出設(shè)備(鍵盤、LCD)和接口設(shè)備(USB、R$232、JTAG)。ARM 微控制器采用ST公司的sTR71OFz2T6芯片,片上存儲量大、接口資源豐富。存儲器包括SRAM 芯片和FLASH芯片,作為ARM 片上存儲的補充,可以支持/μCI inux系統(tǒng)的運行。SRAM 采用ISSI公司的IS6lI V51216, 為512 kB;FLASH采用SST公司的SST39VF1601,為1 MB。LCD采用1602字符型顯示模塊,ARM 芯片上沒有I CD 驅(qū)動, 電路設(shè)計中通過SN74FO4N 和741 VC245來實現(xiàn)對LCD的驅(qū)動。
為了將便攜式終端接入無線局域網(wǎng),本設(shè)計中使用了現(xiàn)在比較成熟的USB無線網(wǎng)卡,故在電路中加入了USB接口。為了控制無線網(wǎng)卡,采用了芯片sI 811HS。SI 811HS是可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB控制芯片,內(nèi)含USB主/從控制器,支持全速和低速數(shù)據(jù)傳輸,并能自動識別低速或全速設(shè)備。
2.2.2 RFID部分
該部分包括射頻芯片和天線,芯片使用CC1100,能對頻率為915 MHz的超高頻標簽進行讀寫,符合EPC CLASS-1/Gen一2標準。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動近距離操作的天線,控制可達到10 m,完全可以滿足倉儲管理的需要。
2.3 軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件框圖見圖3。本系統(tǒng)采用U-Boot軟件開發(fā)系統(tǒng)的BootLoader,操作系統(tǒng)采用了μCLinux。RFID數(shù)據(jù)讀取及網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序的流程見圖4。
3 關(guān)鍵技術(shù)
3.1 RFID技術(shù)
RFID(Radio Frequency Identification)即射頻識別,是一種非接觸式自動識別技術(shù),它是通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。它能對相距幾厘米到幾十米范圍內(nèi)的物體進行識別,而且可以批量讀取,RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽,操作快捷方便。
最基本的RFID系統(tǒng)由3大部分組成:電子標簽、閱讀器和天線。電子標簽一般由耦合元件(天線)及專用芯片組成。電子標簽是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體,每個標簽具有唯一電子編碼(ID號),而且標簽一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。閱讀器是讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設(shè)備,可設(shè)計為手持式或固定式;閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù),從而達到自動識別物體的目的。天線是一種以電磁波形式把無線電收發(fā)機的射頻信號接收或輻射出去的裝置,用于在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。
閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號,當標簽進入天線輻射場時,產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量, 并發(fā)送出自身編碼等信息,被閱讀器讀取并解碼后發(fā) 送至電腦主機進行有關(guān)處理。
射頻識別可以用來跟蹤和管理幾乎所有物理對象,因此可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),其典型應(yīng)用包括:供應(yīng)鏈與物流管理,生產(chǎn)制造與裝配,行李、郵件和包裹處理,身份識別、防偽、門禁和防盜系統(tǒng),文檔追蹤,圖書館管理,交通管理與城市規(guī)劃 ,空間定位與跟蹤。
3.2 無線局域網(wǎng)技術(shù)
無線局域網(wǎng)(WLAN)在不采用傳統(tǒng)纜線的同時,
提供以太網(wǎng)或者令牌網(wǎng)絡(luò)的功能。通常計算機組網(wǎng)的傳輸媒介主要是銅纜或光纜,構(gòu)成有線局域網(wǎng),但有線網(wǎng)絡(luò)在某些場合要受到布線的限制。與有線網(wǎng)絡(luò)相比,無線局域網(wǎng)具有安裝便捷、使用靈活、經(jīng)濟節(jié)約、易于擴展等優(yōu)點。
WLAN也存在著以下幾個技術(shù)方面的問題:標準不統(tǒng)一,產(chǎn)品不兼容,安全性、可靠性有待加強。盡管WLAN有以上技術(shù)方面的不足,但其優(yōu)點是無可否認的。隨著通信技術(shù)日新月異的發(fā)展,相信這些技術(shù)問題最終會得到很好的解決,WLAN必將有廣闊的發(fā)展前景。
4 總結(jié)
本文簡要介紹了所設(shè)計的倉儲管理系統(tǒng),重點介紹了便攜式倉儲管理終端的軟、硬件設(shè)計及相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。射頻識別技術(shù)在物流管理中的應(yīng)用日益廣泛,本系統(tǒng)以射頻識別技術(shù)為重點,以倉儲管理為應(yīng)用背景,結(jié)合無線局域網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)倉儲的智能化管理。能快速、實時、準確地對標簽讀取和處理,為倉儲監(jiān)管提供靈活、高效、可靠的系統(tǒng)通信架構(gòu)。
(文/中北大學動態(tài)測試技術(shù)重點實驗室,劉峰,王高,李仰軍,王偉)
倉儲管理在企業(yè)的整個管理流程中起著非常重要的作用,如果不能及時準確地進貨、庫存控制和發(fā)貨,將會給企業(yè)帶來巨大的損失。傳統(tǒng)的人工倉庫作業(yè)模式和數(shù)據(jù)采集方式已難以滿足倉庫管理的快速、準確要求,嚴重影響了企業(yè)的運行工作效率,成為制約企業(yè)發(fā)展的一大障礙。
基于ARM7和915 MHz超高頻段RFID的倉庫管理系統(tǒng)是在現(xiàn)有倉庫管理中引入RFID技術(shù),對倉庫到貨檢驗、入庫、出庫、調(diào)撥、移庫移位、庫存盤點等各個作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行自動化的數(shù)據(jù)采集,以保證倉庫管理各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度和準確性,確保企業(yè)及時準確地掌握庫存的真實數(shù)據(jù),合理保持和控制企業(yè)庫存。在倉庫和各經(jīng)銷管道設(shè)置固定式或便攜式RFID閱讀器,以辨識、偵測物品及其流通。
2 系統(tǒng)設(shè)計
2.1 總體設(shè)計
在物品入庫時,給每個庫存管理物品貼電子標簽,該標簽為貨物標簽。貼放標簽的物品應(yīng)該是整托盤、整箱或便于安裝標簽的大件物品。在進行庫房作業(yè)時,讀取標簽的編號,確定作業(yè)物品是否正確。為了節(jié)省運行成本,貨物標簽設(shè)計成可重復(fù)使用,在貨物出庫時取下,送到入庫處再重新使用。還需要給每一庫位貼電子標簽,該標簽稱為庫位標簽。在進行庫房管理作業(yè)時,讀取該標簽編號,就可判定當前作業(yè)的位置是否正確。
便攜式終端具有接受作業(yè)指令、確認作業(yè)位置與作業(yè)貨物是否準確、返回作業(yè)實況等功能,可以通過無線網(wǎng)絡(luò)與管理服務(wù)器進行數(shù)據(jù)的實時傳輸。例如持便攜式終端接收到管理服務(wù)器的入庫指令,可對要入庫的貨物進行掃描讀取標簽上的貨物信息,然后掃描貨物所在的庫位標簽,將兩者的對應(yīng)信息實時傳輸?shù)焦芾矸?wù)器。架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò),本系統(tǒng)中采用了IEEE802.1lb無線局域網(wǎng),實現(xiàn)所有作業(yè)數(shù)據(jù)實時傳輸。每個便攜式終端相當于網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點,管理服務(wù)器作為中心節(jié)點。管理服務(wù)器運行倉庫管理系統(tǒng)軟件,負責倉庫管理數(shù)據(jù)庫的集中管理與維護,以及進貨計劃、出庫計劃的制定和指令下達,并對庫存貨物進行查詢、盤庫,打印生成各種管理報表。
基于RFID技術(shù)的倉儲管理系統(tǒng)具有以下基本功能:① 自動地、精確地更新各種信息;② 實時查詢和追蹤貨物信息;③ 實時貨位查詢,動態(tài)分配貨位,實現(xiàn)隨機存儲,從而最大限度地利用倉儲空間;④ 實時監(jiān)控工作情況,實現(xiàn)人力、物力資源的動態(tài)綜合分配;⑤ 倉庫系統(tǒng)綜合盤點功能;⑥倉庫內(nèi)部隨機抽查盤點;⑦ 關(guān)聯(lián)客戶內(nèi)部數(shù)據(jù)查詢;⑧實時統(tǒng)計報表,匯總各類信息。
本文設(shè)計的便攜式倉儲管理終端系統(tǒng)見圖1。
2.2 硬件設(shè)計
便攜式倉儲管理終端的硬件框圖見圖2??梢詫⒂布譃锳RM 核心及外圍部分和RFID部分。
2.2.1 ARM 核心及外圍部分
該部分包括ARM 微控制器、存儲器(SRAM 和FLASH)、輸入輸出設(shè)備(鍵盤、LCD)和接口設(shè)備(USB、R$232、JTAG)。ARM 微控制器采用ST公司的sTR71OFz2T6芯片,片上存儲量大、接口資源豐富。存儲器包括SRAM 芯片和FLASH芯片,作為ARM 片上存儲的補充,可以支持/μCI inux系統(tǒng)的運行。SRAM 采用ISSI公司的IS6lI V51216, 為512 kB;FLASH采用SST公司的SST39VF1601,為1 MB。LCD采用1602字符型顯示模塊,ARM 芯片上沒有I CD 驅(qū)動, 電路設(shè)計中通過SN74FO4N 和741 VC245來實現(xiàn)對LCD的驅(qū)動。
為了將便攜式終端接入無線局域網(wǎng),本設(shè)計中使用了現(xiàn)在比較成熟的USB無線網(wǎng)卡,故在電路中加入了USB接口。為了控制無線網(wǎng)卡,采用了芯片sI 811HS。SI 811HS是可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB控制芯片,內(nèi)含USB主/從控制器,支持全速和低速數(shù)據(jù)傳輸,并能自動識別低速或全速設(shè)備。
2.2.2 RFID部分
該部分包括射頻芯片和天線,芯片使用CC1100,能對頻率為915 MHz的超高頻標簽進行讀寫,符合EPC CLASS-1/Gen一2標準。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動近距離操作的天線,控制可達到10 m,完全可以滿足倉儲管理的需要。
2.3 軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件框圖見圖3。本系統(tǒng)采用U-Boot軟件開發(fā)系統(tǒng)的BootLoader,操作系統(tǒng)采用了μCLinux。RFID數(shù)據(jù)讀取及網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序的流程見圖4。
3 關(guān)鍵技術(shù)
3.1 RFID技術(shù)
RFID(Radio Frequency Identification)即射頻識別,是一種非接觸式自動識別技術(shù),它是通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。它能對相距幾厘米到幾十米范圍內(nèi)的物體進行識別,而且可以批量讀取,RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽,操作快捷方便。
最基本的RFID系統(tǒng)由3大部分組成:電子標簽、閱讀器和天線。電子標簽一般由耦合元件(天線)及專用芯片組成。電子標簽是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體,每個標簽具有唯一電子編碼(ID號),而且標簽一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。閱讀器是讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設(shè)備,可設(shè)計為手持式或固定式;閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù),從而達到自動識別物體的目的。天線是一種以電磁波形式把無線電收發(fā)機的射頻信號接收或輻射出去的裝置,用于在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。
閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號,當標簽進入天線輻射場時,產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量, 并發(fā)送出自身編碼等信息,被閱讀器讀取并解碼后發(fā) 送至電腦主機進行有關(guān)處理。
射頻識別可以用來跟蹤和管理幾乎所有物理對象,因此可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),其典型應(yīng)用包括:供應(yīng)鏈與物流管理,生產(chǎn)制造與裝配,行李、郵件和包裹處理,身份識別、防偽、門禁和防盜系統(tǒng),文檔追蹤,圖書館管理,交通管理與城市規(guī)劃 ,空間定位與跟蹤。
3.2 無線局域網(wǎng)技術(shù)
無線局域網(wǎng)(WLAN)在不采用傳統(tǒng)纜線的同時,
提供以太網(wǎng)或者令牌網(wǎng)絡(luò)的功能。通常計算機組網(wǎng)的傳輸媒介主要是銅纜或光纜,構(gòu)成有線局域網(wǎng),但有線網(wǎng)絡(luò)在某些場合要受到布線的限制。與有線網(wǎng)絡(luò)相比,無線局域網(wǎng)具有安裝便捷、使用靈活、經(jīng)濟節(jié)約、易于擴展等優(yōu)點。
WLAN也存在著以下幾個技術(shù)方面的問題:標準不統(tǒng)一,產(chǎn)品不兼容,安全性、可靠性有待加強。盡管WLAN有以上技術(shù)方面的不足,但其優(yōu)點是無可否認的。隨著通信技術(shù)日新月異的發(fā)展,相信這些技術(shù)問題最終會得到很好的解決,WLAN必將有廣闊的發(fā)展前景。
4 總結(jié)
本文簡要介紹了所設(shè)計的倉儲管理系統(tǒng),重點介紹了便攜式倉儲管理終端的軟、硬件設(shè)計及相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。射頻識別技術(shù)在物流管理中的應(yīng)用日益廣泛,本系統(tǒng)以射頻識別技術(shù)為重點,以倉儲管理為應(yīng)用背景,結(jié)合無線局域網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)倉儲的智能化管理。能快速、實時、準確地對標簽讀取和處理,為倉儲監(jiān)管提供靈活、高效、可靠的系統(tǒng)通信架構(gòu)。
(文/中北大學動態(tài)測試技術(shù)重點實驗室,劉峰,王高,李仰軍,王偉)