基于RFID與地感技術(shù)的工廠卸貨位管理系統(tǒng)研究

付志遠(yuǎn)等

摘 要： 為解決工廠卸貨位管理混亂，無(wú)有效引導(dǎo)信息，卸貨周期過(guò)長(zhǎng)，卸貨位利用效率低等實(shí)際問(wèn)題，采用先進(jìn)的 RFID射頻識(shí)別技術(shù)和地感技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套工廠卸貨位管理系統(tǒng)。從系統(tǒng)的功能模塊，系統(tǒng)構(gòu)架，硬件選擇和軟件開(kāi)發(fā)幾個(gè)方面對(duì)卸貨位管理系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并將該系統(tǒng)在工廠環(huán)境進(jìn)行了運(yùn)行測(cè)試。結(jié)果表明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)并顯示出其在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)越性。

關(guān)鍵字： RFID； 地感技術(shù)； 卸貨位； 管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）12?0001?03

Abstract： A factory unloading space management system based on RFID and induction coil sensing technology was designed to eliminate the actual phenomena that the factory unloading space management is confusing， there is no useful guide information， unloading cycle is too long and utilization efficiency of unloading location is low. The factory unloading space management system is researched in the aspects of function module， system framework， hardware selection and software development. The operation test of the system was performed in a factory environment. The results show that the system can achieve the desired objectives. The results revealed the system's superiority in practical applications.

Keywords： RFID； induction coil sensing technology； unloading location； management system

0 引 言

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)賴以生存和發(fā)展的制造生產(chǎn)企業(yè)的管理水平也在發(fā)生著本質(zhì)性的變化。在傳統(tǒng)的制造業(yè)企業(yè)管理中，卸貨位管理混亂，卸貨位管理難度大，無(wú)有效卸貨位信息指引都制約了一個(gè)企業(yè)的管理水平的提高。圖1為某工廠4天的物流車輛卸貨等待時(shí)間，從圖中數(shù)據(jù)可以看出由于卸貨位管理的不足，導(dǎo)致卸貨的工作效率低下。

因此，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)來(lái)解決制造業(yè)企業(yè)卸貨位管理的問(wèn)題是這些企業(yè)的迫切的需求。本文運(yùn)用RFID技術(shù)和地感技術(shù)相結(jié)合設(shè)計(jì)的工廠卸貨位管理系統(tǒng)可以自動(dòng)獲取卸貨位狀態(tài)和進(jìn)廠車輛的信息，自動(dòng)分配卸貨位給貨車并通過(guò)LED信息屏來(lái)顯示卸貨位引導(dǎo)信息。這種方式較傳統(tǒng)的管理方式而言，具有高效性和準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)，有很高的實(shí)用價(jià)值。

1 技術(shù)原理及特點(diǎn)

RFID（Radio Frequency Identification）射頻識(shí)別技術(shù)[1]，是指利用電磁波的反射能量進(jìn)行通信的一種技術(shù)[2?3]，具有識(shí)別工作無(wú)需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，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，操作快捷方便等特點(diǎn)，被稱為21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一[4]。

射頻識(shí)別系統(tǒng)包含射頻標(biāo)簽、讀寫器和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分[5]。其中RFID射頻標(biāo)簽由天線和芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽都有惟一的ID，在實(shí)際的應(yīng)用中，射頻標(biāo)簽粘貼在待識(shí)別物體的表面；讀寫器是根據(jù)需要并使用相應(yīng)協(xié)議進(jìn)行讀取和寫入標(biāo)簽信息的設(shè)備，有手持的或者固定的兩種；數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)和管理，并可以對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀寫的控制。射頻標(biāo)簽與讀寫器之間通過(guò)耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間（非接觸）耦合[6]。射頻識(shí)別技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，逐漸地被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化和交通運(yùn)輸控制管理、軍事等領(lǐng)域[7?8]。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步以及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，射頻識(shí)別產(chǎn)品的成本將不斷降低，其應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛。

地感線圈是一個(gè)埋在路面下的環(huán)形線圈，它通過(guò)一個(gè)變壓器接到被恒流源支持的調(diào)諧回路中。有源環(huán)形線圈構(gòu)成LC調(diào)諧回路的電感部分，環(huán)形線圈和電容組成一個(gè)振蕩電路，并在線圈周圍的空間產(chǎn)生電磁場(chǎng)[9]。金屬物體經(jīng)過(guò)埋設(shè)在路面的環(huán)形線圈時(shí)，將導(dǎo)致環(huán)形線圈的磁通量變大，線圈的電感值減小從而使LC振蕩電路的振蕩頻率增高，可根據(jù)振蕩頻率的變化來(lái)分析得到相應(yīng)的有用信號(hào)。由于地感線圈具有應(yīng)用簡(jiǎn)單、成本低、檢測(cè)準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于車輛速度檢測(cè)、車流量檢測(cè)、交通信號(hào)控制等領(lǐng)域[10]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 構(gòu)架設(shè)計(jì)

根據(jù)工廠卸貨位管理的實(shí)際需求，管理系統(tǒng)的功能需求如下：

（1） 貨車標(biāo)簽和卸貨位的基礎(chǔ)信息管理；

（2） 卸貨位信息狀態(tài)的實(shí)時(shí)獲取，監(jiān)控；

（3） 貨車入廠時(shí)，對(duì)貨車信息進(jìn)行準(zhǔn)確讀取，并根據(jù)卸貨位狀態(tài)分配卸貨位；

（4） LED信息顯示屏顯示卸貨位引導(dǎo)信息。

通過(guò)對(duì)功能需求分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三層構(gòu)架設(shè)計(jì)，即數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用層。具體系統(tǒng)框架圖如圖2所示。

數(shù)據(jù)采集層，讀寫器通過(guò)天線讀取貨車標(biāo)簽信息，地感采集卸貨位狀態(tài)信息；通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理層；

數(shù)據(jù)處理層，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)采集到的有用信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，并對(duì)客戶端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)操作命令進(jìn)行數(shù)據(jù)操作；

應(yīng)用層，客戶端對(duì)數(shù)據(jù)的查詢、修改、刪除、導(dǎo)出等操作，并通過(guò)數(shù)據(jù)信息對(duì)卸貨位進(jìn)行分配，同時(shí)把引導(dǎo)信息顯示到LED信息屏幕上。

2.2 硬件選擇

讀寫器選擇2.4 GHz讀寫器，此頻段的讀寫器具有讀寫距離遠(yuǎn)，識(shí)別率高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[11]；電子標(biāo)簽采用有源的主動(dòng)式電子標(biāo)簽，提高標(biāo)簽的讀取率；卸貨位采用地感控制器來(lái)監(jiān)控卸貨位狀態(tài)，地感線圈的作用相當(dāng)于LC振蕩回路中的電感L， 當(dāng)有車輛靠近時(shí)，其電感量發(fā)生變化，從而引起振蕩頻率的改變。通過(guò)對(duì)頻率的檢測(cè)、比較，可以判斷卸貨位是否被占用[12]，這種方式簡(jiǎn)單方便，性能良好，且成本較低。卸貨位需明確標(biāo)示出地感線圈的位置，以便車輛準(zhǔn)確進(jìn)入感應(yīng)區(qū)，保證卸貨位狀態(tài)信息獲取的準(zhǔn)確性。標(biāo)示方法如圖3所示。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能需求和構(gòu)架設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，所開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能架構(gòu)圖如圖4所示。

該卸貨位管理系統(tǒng)主要分為兩個(gè)模塊：卸貨位管理模塊和車輛管理模塊。卸貨位管理模塊主要是獲取所有卸貨位的狀態(tài)信息。地感控制器根據(jù)信號(hào)變化來(lái)判定該卸貨位是否被占用。模塊把所有卸貨位的狀態(tài)信息存儲(chǔ)到系統(tǒng)中，并把空閑狀態(tài)的卸貨位分配給送貨的車輛。車輛管理模塊主要是對(duì)來(lái)工廠的送貨車輛進(jìn)行識(shí)別，若為無(wú)卡車發(fā)出警報(bào)，待門衛(wèi)人員人工處理；若為合法的送貨車輛則記錄車輛信息和送貨時(shí)間并自動(dòng)放行，同時(shí)獲得系統(tǒng)分配的卸貨位。系統(tǒng)通過(guò)LED顯示屏來(lái)顯示卸貨位引導(dǎo)信息。系統(tǒng)工作流程如圖5所示。

3 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)完成后，在工廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試運(yùn)行測(cè)試。卸貨位監(jiān)視情況軟件界面如圖6所示。

從卸貨位監(jiān)視界面可以清楚地知道各個(gè)卸貨位的狀態(tài)信息即空閑、使用中、預(yù)約或者故障。在測(cè)試中軟件系統(tǒng)監(jiān)視的卸貨位狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)一致，并且當(dāng)送貨車到廠區(qū)時(shí)，經(jīng)系統(tǒng)驗(yàn)證是合法送貨車輛自動(dòng)放行并分配卸貨位，正確的引導(dǎo)信息顯示在LED顯示屏上。通過(guò)工廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，送貨車輛進(jìn)廠后根據(jù)顯示屏的引導(dǎo)信息快速找到相應(yīng)卸貨位并開(kāi)始卸貨，卸貨等待時(shí)間大大減少，卸貨效率提高。系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試過(guò)程中運(yùn)行效果良好，實(shí)際效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文基于RFID射頻識(shí)別技術(shù)和地感技術(shù)研究設(shè)計(jì)了智能化工廠的卸貨位管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有效率高，管理方便，智能化程度高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了卸貨位管理的可視化和智能化管理。從根本上解決了以往廠區(qū)內(nèi)卸貨位管理混亂，無(wú)有效的引導(dǎo)信息，貨車卸貨周期耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)。文中研究的工廠卸貨位管理系統(tǒng)是利用先進(jìn)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的又一次成功實(shí)踐，符合企業(yè)智能化工廠的發(fā)展需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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[12] 吳漢華.IC卡停車場(chǎng)車輛檢測(cè)器的原理與地感線圈的安裝調(diào)試[J].智能建筑與城市信息，2003（2）：60?62.

應(yīng)用層，客戶端對(duì)數(shù)據(jù)的查詢、修改、刪除、導(dǎo)出等操作，并通過(guò)數(shù)據(jù)信息對(duì)卸貨位進(jìn)行分配，同時(shí)把引導(dǎo)信息顯示到LED信息屏幕上。

2.2 硬件選擇

讀寫器選擇2.4 GHz讀寫器，此頻段的讀寫器具有讀寫距離遠(yuǎn)，識(shí)別率高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[11]；電子標(biāo)簽采用有源的主動(dòng)式電子標(biāo)簽，提高標(biāo)簽的讀取率；卸貨位采用地感控制器來(lái)監(jiān)控卸貨位狀態(tài)，地感線圈的作用相當(dāng)于LC振蕩回路中的電感L， 當(dāng)有車輛靠近時(shí)，其電感量發(fā)生變化，從而引起振蕩頻率的改變。通過(guò)對(duì)頻率的檢測(cè)、比較，可以判斷卸貨位是否被占用[12]，這種方式簡(jiǎn)單方便，性能良好，且成本較低。卸貨位需明確標(biāo)示出地感線圈的位置，以便車輛準(zhǔn)確進(jìn)入感應(yīng)區(qū)，保證卸貨位狀態(tài)信息獲取的準(zhǔn)確性。標(biāo)示方法如圖3所示。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能需求和構(gòu)架設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，所開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能架構(gòu)圖如圖4所示。

該卸貨位管理系統(tǒng)主要分為兩個(gè)模塊：卸貨位管理模塊和車輛管理模塊。卸貨位管理模塊主要是獲取所有卸貨位的狀態(tài)信息。地感控制器根據(jù)信號(hào)變化來(lái)判定該卸貨位是否被占用。模塊把所有卸貨位的狀態(tài)信息存儲(chǔ)到系統(tǒng)中，并把空閑狀態(tài)的卸貨位分配給送貨的車輛。車輛管理模塊主要是對(duì)來(lái)工廠的送貨車輛進(jìn)行識(shí)別，若為無(wú)卡車發(fā)出警報(bào)，待門衛(wèi)人員人工處理；若為合法的送貨車輛則記錄車輛信息和送貨時(shí)間并自動(dòng)放行，同時(shí)獲得系統(tǒng)分配的卸貨位。系統(tǒng)通過(guò)LED顯示屏來(lái)顯示卸貨位引導(dǎo)信息。系統(tǒng)工作流程如圖5所示。

3 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)完成后，在工廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試運(yùn)行測(cè)試。卸貨位監(jiān)視情況軟件界面如圖6所示。

從卸貨位監(jiān)視界面可以清楚地知道各個(gè)卸貨位的狀態(tài)信息即空閑、使用中、預(yù)約或者故障。在測(cè)試中軟件系統(tǒng)監(jiān)視的卸貨位狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)一致，并且當(dāng)送貨車到廠區(qū)時(shí)，經(jīng)系統(tǒng)驗(yàn)證是合法送貨車輛自動(dòng)放行并分配卸貨位，正確的引導(dǎo)信息顯示在LED顯示屏上。通過(guò)工廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，送貨車輛進(jìn)廠后根據(jù)顯示屏的引導(dǎo)信息快速找到相應(yīng)卸貨位并開(kāi)始卸貨，卸貨等待時(shí)間大大減少，卸貨效率提高。系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試過(guò)程中運(yùn)行效果良好，實(shí)際效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文基于RFID射頻識(shí)別技術(shù)和地感技術(shù)研究設(shè)計(jì)了智能化工廠的卸貨位管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有效率高，管理方便，智能化程度高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了卸貨位管理的可視化和智能化管理。從根本上解決了以往廠區(qū)內(nèi)卸貨位管理混亂，無(wú)有效的引導(dǎo)信息，貨車卸貨周期耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)。文中研究的工廠卸貨位管理系統(tǒng)是利用先進(jìn)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的又一次成功實(shí)踐，符合企業(yè)智能化工廠的發(fā)展需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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應(yīng)用層，客戶端對(duì)數(shù)據(jù)的查詢、修改、刪除、導(dǎo)出等操作，并通過(guò)數(shù)據(jù)信息對(duì)卸貨位進(jìn)行分配，同時(shí)把引導(dǎo)信息顯示到LED信息屏幕上。

2.2 硬件選擇

讀寫器選擇2.4 GHz讀寫器，此頻段的讀寫器具有讀寫距離遠(yuǎn)，識(shí)別率高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[11]；電子標(biāo)簽采用有源的主動(dòng)式電子標(biāo)簽，提高標(biāo)簽的讀取率；卸貨位采用地感控制器來(lái)監(jiān)控卸貨位狀態(tài)，地感線圈的作用相當(dāng)于LC振蕩回路中的電感L， 當(dāng)有車輛靠近時(shí)，其電感量發(fā)生變化，從而引起振蕩頻率的改變。通過(guò)對(duì)頻率的檢測(cè)、比較，可以判斷卸貨位是否被占用[12]，這種方式簡(jiǎn)單方便，性能良好，且成本較低。卸貨位需明確標(biāo)示出地感線圈的位置，以便車輛準(zhǔn)確進(jìn)入感應(yīng)區(qū)，保證卸貨位狀態(tài)信息獲取的準(zhǔn)確性。標(biāo)示方法如圖3所示。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能需求和構(gòu)架設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，所開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能架構(gòu)圖如圖4所示。

該卸貨位管理系統(tǒng)主要分為兩個(gè)模塊：卸貨位管理模塊和車輛管理模塊。卸貨位管理模塊主要是獲取所有卸貨位的狀態(tài)信息。地感控制器根據(jù)信號(hào)變化來(lái)判定該卸貨位是否被占用。模塊把所有卸貨位的狀態(tài)信息存儲(chǔ)到系統(tǒng)中，并把空閑狀態(tài)的卸貨位分配給送貨的車輛。車輛管理模塊主要是對(duì)來(lái)工廠的送貨車輛進(jìn)行識(shí)別，若為無(wú)卡車發(fā)出警報(bào)，待門衛(wèi)人員人工處理；若為合法的送貨車輛則記錄車輛信息和送貨時(shí)間并自動(dòng)放行，同時(shí)獲得系統(tǒng)分配的卸貨位。系統(tǒng)通過(guò)LED顯示屏來(lái)顯示卸貨位引導(dǎo)信息。系統(tǒng)工作流程如圖5所示。

3 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)完成后，在工廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試運(yùn)行測(cè)試。卸貨位監(jiān)視情況軟件界面如圖6所示。

從卸貨位監(jiān)視界面可以清楚地知道各個(gè)卸貨位的狀態(tài)信息即空閑、使用中、預(yù)約或者故障。在測(cè)試中軟件系統(tǒng)監(jiān)視的卸貨位狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)一致，并且當(dāng)送貨車到廠區(qū)時(shí)，經(jīng)系統(tǒng)驗(yàn)證是合法送貨車輛自動(dòng)放行并分配卸貨位，正確的引導(dǎo)信息顯示在LED顯示屏上。通過(guò)工廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，送貨車輛進(jìn)廠后根據(jù)顯示屏的引導(dǎo)信息快速找到相應(yīng)卸貨位并開(kāi)始卸貨，卸貨等待時(shí)間大大減少，卸貨效率提高。系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試過(guò)程中運(yùn)行效果良好，實(shí)際效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文基于RFID射頻識(shí)別技術(shù)和地感技術(shù)研究設(shè)計(jì)了智能化工廠的卸貨位管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有效率高，管理方便，智能化程度高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了卸貨位管理的可視化和智能化管理。從根本上解決了以往廠區(qū)內(nèi)卸貨位管理混亂，無(wú)有效的引導(dǎo)信息，貨車卸貨周期耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)。文中研究的工廠卸貨位管理系統(tǒng)是利用先進(jìn)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的又一次成功實(shí)踐，符合企業(yè)智能化工廠的發(fā)展需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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