基于RFID的商品物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)的研究

張品昌++趙亮++王精明

摘 要：為了加快物流行業(yè)的發(fā)展，采用RFID技術(shù)設(shè)計了商品物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)。本設(shè)計的軟件部分是商品物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)，硬件部分由RFID超高頻讀寫器、天線、RFID超高頻標(biāo)簽等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對商品物流的跟蹤以及商品出入庫的快捷化、簡單化管理。RFID超高頻讀寫器部分主要實現(xiàn)對商品的掃描檢測，當(dāng)讀寫器掃描到商品上所貼的RFID標(biāo)簽時，便會通過串口線獲取到的標(biāo)簽信息發(fā)送到軟件系統(tǒng)中。而電腦中的商品物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)則對讀寫器發(fā)過來的信息進行處理，從而顯示出被掃描商品的相關(guān)信息。

關(guān)鍵詞：RFID；物流跟蹤；倉儲管理；超高頻

中圖分類號：TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）11-00-04

0 引 言

基于RFID的商品物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)是不同于傳統(tǒng)物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)的一種新生管理系統(tǒng)。其是將現(xiàn)在新興的RFID無線射頻技術(shù)融入到物流倉儲行業(yè)而誕生的產(chǎn)物?；赗FID的商品物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)并不是第一個與傳統(tǒng)條碼掃描系統(tǒng)不同的概念[1]。早在前幾年，公交卡、食堂卡就使用了相關(guān)的射頻技術(shù)，而最近相關(guān)公司開發(fā)的基于RFID的食品溯源系統(tǒng)、未來超市系統(tǒng)等都是類似的概念。隨著科技的飛速發(fā)展和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的爆炸型增長，人們對物流的要求也越來越高，而這種新興的基于RFID的商品物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)可以很大程度上減少物流在出入庫與物流跟蹤時所花費的時間，極大地提高了物流的配送以及信息更新的速度[2]。

本設(shè)計采用RFID讀寫器為前端采集模塊，在PC上開發(fā)信息處理系統(tǒng)，通過RFID讀寫器與RFID天線的組合對商場里的商品進行識別、跟蹤與管理，以完成對供應(yīng)鏈條各個環(huán)節(jié)的信息捕獲、傳輸和存儲，從而實現(xiàn)對商品的物流跟蹤、收貨、入庫、盤點、出庫、銷售等各個環(huán)節(jié)的信息管理[3]。

本設(shè)計的商品物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)可以滿足用戶在倉庫中的快速盤點、遠(yuǎn)程讀取、穿透讀取等方面的基本要求。本設(shè)計的軟件平臺和硬件平臺都是針對某些特定功能進行開發(fā)設(shè)計的，功能上有一定的針對性和獨立性。RFID讀寫器的遠(yuǎn)距離、穿透性給如今的物流倉儲提供了方便、快捷、高效的處理方式，而且通過讀寫器與處理系統(tǒng)可以對RFID標(biāo)簽所對應(yīng)的信息進行增刪改查操作[4]。由于其具有遠(yuǎn)程穿透讀取功能，可以為出入庫節(jié)省大量時間，并且所有出入庫的信息都將保存在處理系統(tǒng)之中，方便查詢調(diào)閱。

在本設(shè)計中，相對于傳統(tǒng)的條碼掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運用主要有以下三大優(yōu)點：第一點，掃描效率高。使用該系統(tǒng)可以同時掃描并讀取多個物品的相關(guān)信息，大大提高了出入庫以及記錄的效率；第二點，RFID標(biāo)簽相對于條碼標(biāo)簽來說，它的抗污染能力更強、耐久性更高、掃描速度更快，并且RFID電子標(biāo)簽在穿透性、數(shù)據(jù)容量、安全性、重用性等方面都具有很大的優(yōu)勢[5]；第三點，RFID 可以用于物流過程的自動化管理，提高物流數(shù)據(jù)采集的實時性和物流管理的高效性，保障數(shù)據(jù)的安全。

綜上所述，基于RFID的商品物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)擁有著巨大的發(fā)展前景，它不僅在使用和理論研究方面有著較高的價值，而且讓物流行業(yè)的發(fā)展趨勢和人們所關(guān)心的高效、迅速、便捷的生活方式相接軌。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

商品物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)可以分為硬件設(shè)置和系統(tǒng)功能兩個模塊。其中，硬件設(shè)置可以分為串口選擇模塊、波特率設(shè)置模塊與讀寫器功率設(shè)置模塊三個小模塊，而系統(tǒng)功能模塊可以分為商品識別模塊、物流跟蹤模塊、商品入庫模塊、商品盤點模塊、商品出庫模塊以及銷售記錄模塊六個小模塊。具體的系統(tǒng)功能如圖1所示。

1.1 需求分析

如今，大多數(shù)的物流公司在商品的出入庫管理和商品的物流跟蹤上采用的還是傳統(tǒng)的條形碼掃描系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅效率低，條形碼還容易損壞，嚴(yán)重拉低了物流的運送速度。并且在網(wǎng)上更新物流信息時，還需要手動添加，經(jīng)常會有很久不更新物流信息的時候，對用戶造成很不好的影響。物流信息無法及時更新、出入庫緩慢、倉儲管理繁瑣等這些都是制約如今物流發(fā)展的重要因素，想要物流提速，必須要解決這方面的問題[6]。

圖1 系統(tǒng)功能圖

為了可以在最大程度上為物流提速，所以理想化中的物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)是需要在環(huán)境搭建好之后，能夠及時、快速、高效的讀取需要出入庫物品的信息，并保存數(shù)據(jù)，并且能對商品所到的各個地方進行跟蹤和信息管理。在此基礎(chǔ)上，可以添加網(wǎng)絡(luò)信息同步的功能，將各個物流倉儲地方的信息同步到一起，方便做數(shù)據(jù)分析和總體的管理，并且需要在商品入庫的時候及時在網(wǎng)上更新物流信息，使用戶在最快的時間內(nèi)得到最新的商品物流信息。

1.2 整體方案設(shè)計

本設(shè)計是使用RFID技術(shù)實現(xiàn)的物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將C#、RFID射頻技術(shù)與數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，通過超高頻RFID讀寫器讀取出入庫時的物品信息，通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將獲取到的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。使用戶能夠快速、實時的了解到所購買商品的出入庫的具體信息。

圖2所示為系統(tǒng)整體架構(gòu)圖，物流跟蹤倉儲管理系統(tǒng)主要是由RFID電子標(biāo)簽、超高頻RFID讀寫器、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和上位機等部分組成。超高頻RFID讀寫器與天線放置在商品存儲的倉庫門上，主要負(fù)責(zé)掃描讀取商品上的RFID標(biāo)簽，并將信息反饋到管理系統(tǒng)中。當(dāng)大量的電子標(biāo)簽同時到達(dá)讀寫器的讀取范圍時，讀寫器會同時讀取多枚標(biāo)簽的信息，使物品的出入庫時間更加快捷、方便。而當(dāng)物品每到達(dá)一個物流轉(zhuǎn)發(fā)中心時，都會記錄下該地址信息，在之后到達(dá)下一個轉(zhuǎn)發(fā)中心時，就可以查詢到該商品經(jīng)過了哪些轉(zhuǎn)發(fā)中心，經(jīng)過的路程是怎樣的。這可以使我們更加直觀地了解到物流的整個過程。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 RFID技術(shù)

RFID技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，該技術(shù)能夠通過無線電訊號識別一些特定的對象，并且能夠?qū)ζ渲械男畔⑦M行讀寫操作。無線射頻識別技術(shù)類似于條形碼掃描技術(shù)，對于條形碼掃描技術(shù)而言，它是將已經(jīng)制作完成的條形碼粘貼在確定的物體上，并使用專門的條形碼掃描讀寫器將條形碼中的信息讀取出來，該讀寫器讀取的信息是由光信號來傳遞的。而無線射頻識別技術(shù)（RFID）的掃描識別用的是其開發(fā)的專門使用的RFID讀寫器，該技術(shù)使用的標(biāo)簽也是專門制作的、能夠附著在物體上面的電子標(biāo)簽。該掃描識別技術(shù)是使用頻率信號將標(biāo)簽中的信息由標(biāo)簽通過天線傳到射頻識別讀寫器中。從結(jié)構(gòu)上來說，無線射頻識別技術(shù)，即RFID是一種比較簡單的無線系統(tǒng)，它是由兩個基本的器件組成。RFID系統(tǒng)可以用來檢測物體、控制物體以及跟蹤物體。該系統(tǒng)是由一個詢問器和多個應(yīng)答器組成[7]。

圖2 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

2.2 RFID讀寫器模塊

無線射頻識別技術(shù)可以不接觸對象物品，只通過無線射頻信號來識別目標(biāo)物品的信息，并獲取其中的有關(guān)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)工作時不需要人工操控，惡劣的環(huán)境不會對其工作造成影響，并且操作方式方便、簡單、快捷。RFID讀寫器必須與RFID天線配合起來才能夠正常工作并讀取標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息。圖3所示為RFID在系統(tǒng)中常見的工作流程[8]。

圖3 RFID系統(tǒng)工作原理圖

RFID讀寫器工作的基本原理并不復(fù)雜：RFID標(biāo)簽進入RFID讀寫器產(chǎn)生的磁場后，接收到讀寫器發(fā)出的無線射頻信號，憑借著在標(biāo)簽線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流獲得足夠的能量，將存儲在芯片中的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給讀寫器（無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽，Passive Tag），或者自身主動的發(fā)送出?！l率的信號（有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽，Active Tag）；RFID讀寫器讀取RFID電子標(biāo)簽中存儲的相關(guān)信息，進行解碼后，發(fā)送到信息處理系統(tǒng)中進行相關(guān)的數(shù)據(jù)信息處理[9-11]。其主要應(yīng)用在物流跟蹤、倉儲管理、門禁考勤等領(lǐng)域。

2.3 RFID標(biāo)簽介紹

耦合元件和芯片是組成無線射頻電子標(biāo)簽的兩個重要部分，任意一個RFID標(biāo)簽在被生產(chǎn)出來的時候，都會被賦予了一個全球唯一的電子編碼，將其粘貼在物體上，可以唯一的標(biāo)識目標(biāo)物品，俗稱電子標(biāo)簽或者智能標(biāo)簽。RFID標(biāo)簽主要可以分為主動標(biāo)簽，半主動標(biāo)簽（也稱作半被動標(biāo)簽），以及被動標(biāo)簽三大類。也有人把它分成有源、半有源和無源三大類標(biāo)簽[12]。被動式電子標(biāo)簽是沒有內(nèi)置電源為其供電的。該電子標(biāo)簽內(nèi)部集成電路的驅(qū)動是通過接收RFID讀寫器發(fā)出的電磁波完成的。當(dāng)足夠強度的電磁波被RFID電子標(biāo)簽接收到時，其就可以向RFID讀寫器發(fā)送存儲在其中的數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)信息不僅包括該電子標(biāo)簽唯一的ID號，還包括之前預(yù)存在電子標(biāo)簽內(nèi)E2PROM中的數(shù)據(jù)信息。不需要電源、價格便宜、體積輕薄都是被動式標(biāo)簽的優(yōu)點。目前市場上的電子標(biāo)簽以無源電子標(biāo)簽為主。半主動標(biāo)簽類似于被動標(biāo)簽，但是他比被動標(biāo)簽多了一個用來驅(qū)動標(biāo)簽IC的小型電池，能夠使IC處在工作狀態(tài)。這樣，天線就可以用來充分的回傳信號，而不必去管電磁波的接收任務(wù)。半主動式標(biāo)簽的反應(yīng)速度比被動式標(biāo)簽更快，效率比被動式標(biāo)簽更高。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 開發(fā)環(huán)境及開發(fā)語言介紹

本設(shè)計的系統(tǒng)界面開發(fā)，使用的是一款名為Microsoft Visual Studio 2013C#的開發(fā)軟件。Visual Studio 2013是微軟公司推出的C#開發(fā)環(huán)境，是目前最流行的桌面應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境。Visual Studio 2013是一個做界面設(shè)計非常簡單的軟件開發(fā)工具。它的主要功能就是將“面向?qū)ο蟮木幊陶Z言”在開發(fā)環(huán)境中轉(zhuǎn)化為“面向機器的簡單語言”。該環(huán)境在系統(tǒng)界面設(shè)計方面都是可視化的，并且還有面向個人開發(fā)的專業(yè)版，該版本為獨立開發(fā)人員提供集成開發(fā)環(huán)境、專業(yè)的開發(fā)平臺以及實用的測試工具等。

3.2 串口操作界面設(shè)計

串口操作界面功能包括串口號的顯示的串口波特率的顯示，并添加了“打開”、“關(guān)閉”的功能按鈕。信息顯示框?qū)@示操作過程中的反饋信息，而且在信息框中可以通過點擊“清空”按鈕，對信息框中的信息進行清空操作。商品物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)的串口操作界面如圖4所示。

圖4 串口操作界面

3.3 物流跟蹤與倉儲管理界面設(shè)計

物流跟蹤與倉儲管理界面所包含的功能主要有“商品識別”、“物流追蹤”、“商品入庫”、“庫存盤點”、“物品出庫”、“銷售記錄”等。

3.3.1 商品識別模塊

商品識別，就是將貼有電子標(biāo)簽的物品放置在RFID讀卡器可以讀到的范圍之內(nèi)，讀卡器可以將標(biāo)簽中的序號讀出，并顯示在標(biāo)簽序號一欄里，之后會將標(biāo)簽的序號與數(shù)據(jù)庫中的信息對比，將與其綁定的物品編號、物品名稱以及圖片從數(shù)據(jù)庫中讀取并展示在商品識別里。具體如圖5所示。

圖5 商品識別界面

3.3.2 物流跟蹤模塊

物流跟蹤則是當(dāng)貼有電子標(biāo)簽的物品進入到物流中轉(zhuǎn)站時，點擊記錄物流信息，該物品經(jīng)過的中轉(zhuǎn)站信息就會被記錄到數(shù)據(jù)庫中。之后可以在入庫、出庫中看到物品經(jīng)過的物流中轉(zhuǎn)站。具體如圖6所示。

圖6 物流跟蹤界面

3.3.3 商品入庫模塊

入庫，是當(dāng)有商品需要入庫時，點擊讀取，即可讀取到商品上粘貼的電子標(biāo)簽的序號，然后在下面的物品編號、物品名稱、物品數(shù)量里填入該物品的相關(guān)信息，點擊瀏覽，上傳該物品的圖片，點擊添加，將填寫的信息添加至數(shù)據(jù)庫中，之后在商品識別和出庫中就可以識別出該商品的相關(guān)信息。

3.3.4 商品盤點模塊

盤點，就是統(tǒng)計目前倉庫中所存在的物品，以及物品的數(shù)量，并將倉庫中存在的物品、該物品的編號、對應(yīng)的標(biāo)簽號以及物品的數(shù)量打印輸出到盤點界面上來，讓用戶對目前倉庫的狀態(tài)以及物品的數(shù)量一目了然。想要盤點倉庫中的物品，只要點擊盤點模塊中的盤點倉庫中商品的按鈕即可。

3.3.5 商品出庫和銷售記錄模塊

出庫，就是將倉庫中已有的商品提取出去一部分。相對應(yīng)的，提取了哪件物品，是可以通過掃描電子標(biāo)簽來確定的，而選擇需要出庫的數(shù)量，則不能超過物品的最大數(shù)量。當(dāng)確定好了出庫的數(shù)量后，點擊出庫按鈕即可。出庫的物品的數(shù)量會在數(shù)據(jù)庫中減少，并且出庫的物品名稱、出庫的數(shù)量以及出庫的時間都可以在銷售記錄里查到。

4 結(jié) 語

隨著時間的推移，RFID技術(shù)將會取代條碼掃描技術(shù)，徹底融入我們的生活。本設(shè)計將使用我們生活中并不常見的RFID技術(shù)，通過RFID讀寫器來實現(xiàn)簡單的物流跟蹤與倉儲管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計主要面向的是需要大量存儲商品的公司以及物流托運公司。目前，物流產(chǎn)業(yè)還沒有基于RFID方面的較為完整、成熟的設(shè)計，所以本設(shè)計會有很廣闊的應(yīng)用前景。

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