基于超高頻 RFID 的便攜式倉儲管理終端系統(tǒng)

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)